Otro conjunto importante de retroalimentaciones climáticas involucra el ciclo global del carbono.
En particular, los dos depósitos principales de carbono en el sistema climático son los océanos y la biosfera terrestre. Estos depósitos han absorbido históricamente grandes cantidades de emisiones antropogénicas de CO2.
Aproximadamente el 50-70 por ciento es eliminado por los océanos, mientras que el resto es absorbido por la biosfera terrestre. Sin embargo, el calentamiento global podría disminuir la capacidad de estos depósitos para secuestrar CO2 atmosférico.
La reducción en la tasa de absorción de carbono por parte de estos depósitos aumentaría el ritmo de acumulación de CO2 en la atmósfera y representaría otra posible retroalimentación positiva al aumento de las concentraciones de gases de efecto invernadero.
En los océanos del mundo, este efecto de retroalimentación puede tomar varios caminos. Primero, a medida que las aguas superficiales se calientan, retendrían menos CO2 disuelto. En segundo lugar, si se agregara más CO2 a la atmósfera y los océanos lo absorbieran, los iones de bicarbonato (HCOZONO–) se multiplicarían y la acidez del océano aumentaría.
Dado que el carbonato de calcio (CaCOZONO) se descompone por soluciones ácidas, el aumento de la acidez amenazaría a la fauna que habita en el océano que incorpora CaCOZONO en sus esqueletos o conchas.
A medida que se hace cada vez más difícil para estos organismos absorber carbono oceánico, habrá una disminución correspondiente en la eficiencia de la bomba biológica que ayuda a mantener los océanos como un sumidero de carbono.
En tercer lugar, el aumento de las temperaturas de la superficie podría conducir a una desaceleración en la llamada circulación termohalina, un patrón global de flujo oceánico que en parte impulsa el hundimiento de las aguas superficiales cerca de los polos y es responsable de gran parte del entierro de Carbono en el océano profundo.
Una desaceleración en este flujo debido a una afluencia de agua dulce derretida en lo que normalmente son condiciones de agua salada también podría causar que la bomba de solubilidad, que transfiere CO2 de aguas poco profundas a aguas más profundas, sea menos eficiente.
De hecho, se predice que si el calentamiento global continuara hasta cierto punto, los océanos dejarían de ser un sumidero neto de CO2 y se convertirían en una fuente neta.
A medida que se pierden grandes secciones de bosques tropicales debido al calentamiento y el secado de regiones como la Amazonía, la capacidad general de las plantas para secuestrar CO2 atmosférico se reduciría.
Como resultado, la biosfera terrestre, aunque actualmente es un sumidero de carbono, se convertiría en una fuente de carbono. La temperatura ambiente es un factor significativo que afecta el ritmo de la fotosíntesis en las plantas, y muchas especies de plantas que están bien adaptadas a sus condiciones climáticas locales han maximizado sus tasas fotosintéticas.
A medida que las temperaturas aumentan y las condiciones comienzan a exceder el rango de temperatura óptimo tanto para la fotosíntesis como para la respiración del suelo, la tasa de fotosíntesis disminuirá.
A medida que las plantas muertas se descomponen, la actividad metabólica microbiana (una fuente de CO2) aumentaría y eventualmente superaría la fotosíntesis.
Bajo suficientes condiciones de calentamiento global, los sumideros de metano en los océanos y la biosfera terrestre también podrían convertirse en fuentes de metano.
Las emisiones anuales de metano por los humedales pueden aumentar o disminuir, dependiendo de las temperaturas y la entrada de nutrientes, y es posible que los humedales cambien de una fuente a otra.
También existe la posibilidad de una mayor liberación de metano como resultado del calentamiento del permafrost ártico (en tierra) y una mayor liberación de metano en los márgenes continentales de los océanos (unos pocos cientos de metros bajo el nivel del mar).
La concentración atmosférica media actual de metano de 1.750 ppb es equivalente a 3,5 gigatoneladas (3,5 mil millones de toneladas) de carbono. Hay al menos 400 gigatoneladas de carbono equivalente almacenadas en el permafrost ártico y hasta 10,000 gigatoneladas (10 billones de toneladas) de carbono equivalente atrapadas en los márgenes continentales de los océanos en una forma cristalina hidratada conocida como clatrato.
Se cree que una fracción de este metano atrapado podría volverse inestable con calentamiento adicional, aunque la cantidad y la tasa de emisión potencial siguen siendo altamente inciertas.