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大气中的碳主要以CO 2 、CH 4 和CO的形式存在，其中以CO 2 最为重要，大气CO 2 浓度在全球分布存在差异，差值可达50μg/g左右。观测表明大气CO 2 浓度自北极向南极递减，形成这种梯度变化的原因是：①化石燃料的使用存在南北半球的差异。人类对大气CO 2 含量的贡献在北极和高纬度地带年平均为4.5~3.5μg/g,北方中纬度为3.5~2.5μg/g,赤道和南方低纬度为2.5~1.0μg/g,在南极则减少到0.5μg/g;②大气CO 2 在各源与汇之间的自然传输交换存在差异。运用大气综合环流模型及近地表涡流混合模型研究CO 2 运输，发现与陆地生物群落相关的大气CO 2 含量也具有梯度变化，但其总量比较小，只相当于化石燃料释放引起的大气CO 2 浓度梯度的1/2。
在整个地质历史时期，大气碳含量始终处于变化之中。利用极地冰芯对古大气成分的研究表明：过去16万年以来，大气CO 2 和CH 4 及氧同位素温度指标之间有显著的正相关关系，在末次冰期，大气CO 2 和CH 4 的浓度分别为200μg/g和0.4μg/g左右。随着温暖的冰后期的到来，大气CO 2 和CH 4 的浓度迅速上升到280μg/g和0.6μg/g左右。根据大量模拟实验的资料，量化太阳辐射、大气CO 2 强迫、陆地反照率和水蒸气温度反馈对末次盛冰期降温率有很大贡献，末次盛冰期4.5 ℃的降温有20.8%是大气CO 2 减少的影响，太阳辐射和陆地反照率温度反馈的影响是40 %，水汽温度的反馈的影响为38.6%。
气象气候子系统是地球系统的组成部分，属于地球4大圈中的大气圈。它不仅与海洋（水圈）子系统，生物（生物圈）子系统，地壳（固体圈）子系统及人类影响关系密切，而且还与地球系统外的太阳、宇宙关系密切，主要不断接受来自太阳辐射的能量。
气象气候子系统主要是由大气的物质成分和大气运动所构成的。该子系统处于不断运动和变化之中，物质成分形成于地球的早期，是后来地壳的释放及生物的交换过程产生的；大气运动的能量是由太阳和地球旋转运动提供的，少数来自地球的内部。太阳辐射、地球形状与旋转方式决定了大气环流特征，海陆分布与地形状况决定了区域大规模气体运动特征，如季风等。
气象气候子系统不断地与海洋子系统、生物子系统、地壳子系统和人类社会活动进行物质和能量的交换，相互影响与相互制约，尤其与海洋的关系更为密切。近期受人类的影响也很大。
气象气候子系统或大气层圈，在地球系统中也是一个重要的碳库和碳源。虽然CO 2 作为大气中的稀有气体，只有0.03 %，但它对气候变化的影响很大，大气圈既是碳汇，又是碳源，它是CO 2 的中转站。地壳中的CO 2 在大气层中暂时存储，不久可能被植物和海水吸收。大气中CO 2 的浓度，在6亿年时，约为8 000 ppm,而现在只有380 ppm,地球系统过程中CO 2 变化过程多次大起大落，十分复杂，需要进一步研究。重点包括以下研究内容：
●气象气候子系统与地球系统的关系；
●气象气候子系统中碳循环机理的再研究。
地壳地质子系统是地球系统的一个重要组成部分，这是大家所公认的。地壳地质子系统是一个重要的碳库，在碳循环过程中起重要的作用，人们也都认可，但是对它既是碳汇，又是碳源，尤其是CO 2 的释放与吸收则不够清楚。
在地壳及地质体中储存有大量的碳元素和碳成品，如煤、石油、天然气等经氧化后形成碳的产品，如CO,CO 2 、CH 4 等气体，通过火山活动地壳运动及地壳的破裂处溢出，如煤层气及烃类气体的渗漏等。也可能由另一种方式参与碳循环，如碳的混合岩石的CaCO 3 胶结物或石灰岩在风化过程中，首先吸收大气中的CO 2 ，经和水的化学作用后形成了CaHCO 3 ；溶解于水中，经河流输入海，在海底沉积，形成沉积岩；在造山或板块运动作用下，成为陆地、山丘，恢复成原来的状态，这就是地质过程中的碳循环特征。还有一种方式是：地壳是自然界中的重要的碳库，其中有些以气体形式存在，如CO,CO 2 、CH 4 等，有的溶于高温高压的地下水中，一旦压力降低，就自动喷或溢出地壳，即出现地壳“吐气”现象：主要包括火山与温泉、地震与断层活动、石油天然气渗漏与泥火山活动、煤层气等地质吐气过程。
需要进行再研究的问题有：
●地壳地质子系统的基本特征；
●地壳地质子系统的碳循环机理研究；
●地壳地质过程释放CO 2 、CO等（吐气）特征研究。
岩石圈的碳汇与碳源功能，总储量约9.0×10 7 ×10 15 g;其中化石燃料中的碳储存为5000 ×10 巧 、10 000×10 15 g沉积岩，尤其是碳酸岩的存量为7·0×107×1015 g。地壳与地幔通过地震与断层、火山与温泉释放的C02气体的数量巨大，暂时还没有定量的数据。
海洋子系统是地球系统的重要组成部分。海洋占地球面积的70 %，它对其他子系统的影响很大，尤其对气象气候子系统的作用，如海-气之间的物质与能量的交换，直/间接控制了气象气候子系统，如E1ninoLanina、太平洋涛动、大西洋涛动，还有海洋洋流，如暖流（青潮，黑潮）和季风等的影响是非常明显的。
海洋系统既是重要的碳库，又是重要的碳源，对于地球系统的碳循环起着十分重要的作用。海洋是地球之肺，甚至它的作用比森林还要大。它吸收了大量的来自大气中的CO 2 气体，同时，海洋在蒸发过程中，又释放了大量的CO 2 气体。所以海洋子系统在地球系统的碳平衡过程中起到了十分重要的作用，海洋底部是由河流输入的CaHCO 3 物质的沉积地。海洋生物，尤其是海洋微生物、贝壳类生物、珊瑚及藻类吸收海水中的CO 2 经新陈代谢形成沉积，尤其在亚热带地区的沉积，可形成碳库（汇），同时大面积蒸发过程中又释放了大量的CO 2 ，成为碳源。海洋系统的碳循环的具体特征，尤其是对定量数据的研究还不够，因此要加强海洋系统的研究。主要包括以下几个方面：
●海洋子系统的特征与机理研究；
●海洋子系统的碳循环特征与机理研究；
●海洋子系统的CO 2 吸收与释放特征研究。