Die Erde enthält große Mengen an Kohlenstoff. Dieser Kohlenstoff stammt zum einen aus früheren Ablagerungen wie zum Beispiel Kreide und andere Carbonate, die aus den Schalen kleiner Meereslebewesen zu ganzen Gebirgen aufgeschichtet werden können. Bei der Verwitterung wird dieses Carbonat wieder freigesetzt und kann so auch wieder als CO2 in die Atmosphäre abgegeben werden. Während also die Meere CO2 aufnehmen, welches in Meereslebewesen gebunden wird und auf dem Meeresgrund Sedimente bildet, geben Erde und Gesteine CO2 ab.
Es gibt weitere wichtige CO2-Quellen und –Senken im Boden. Pflanzen und Tiere, die sterben, werden verwertet oder verrotten am Boden. Ein Teil dieses organischen Materials geht in den Boden und bildet dort zum Beispiel Humus. Die organischen Bestandteile in diesem Mutterboden werden von Kleinstorganismen zersetzt und geben dabei wieder CO2 ab. In Sumpfgebieten und Mooren kann diese Zersetzung unter Luftabschluß erfolgen und es wird statt CO2 eher Methan (CH4) freigesetzt. Methan hat je nach betrachteter Zeitskala einen ca. 21mal stärkeren Treibhauseffekt als CO2 (bei einer Zeitskala von 100 Jahren).
Eine weitere Kohlenstoffquelle sind Waldbrände. Sie hinterlassen vor allem Holzkohle. Das ist im wesentlichen Ruß, gering verunreinigter Kohlenstoff, im englischen black carbon genannt. Dieser Kohlenstoff ist für Kleinstlebewesen schwerer zu verwerten. Statt innerhalb von wenigen Jahren wird hier der Kohlenstoff innerhalb von ein oder zwei Jahrtausenden wieder als CO2 freigesetzt bzw. in den biologischen Zyklus eingebracht. Man kann sich vorstellen, daß es einen großen Unterschied für die Kohlenstoffbilanz macht, wie viel organisches Material zu humusartigen Bestandteilen umgesetzt wird und wie viel zu schwarzem Kohlenstoff. Leider weiß man es nicht.
Steigende Temperaturen führen zu einer positiven Rückkopplung, weil der mikrobiologische Abbau von organischen Substanzen deutlich beschleunigt wird. Außerdem tauen Permafrostböden in der Tundra Sibiriens und Kanadas auf, die zu sumpfigem Gelände werden, das in starkem Maße Methan freisetzt. Die Prozesse, die jeweils dahinter stehen, sind stark abhängig von der sehr unterschiedlichen Zusammensetzung der Böden und hochgradig nicht-linear. Eine Horrorvision für Modellierer, die die Rückkopplung der globalen Temperaturänderungen mit ihren Bodenmodellen berücksichtigen wollen. In der Vergangenheit erzeugten voll gekoppelte Modelle, bei denen Kohlenstoffemissionen aus sich erwärmenden Böden berücksichtigt wurden und selbst zu weiterer Erwärmung beitragen konnten, für CO2-Mischungsverhältnisse um 2100 von gut 600 ppm oder weit über 1000 ppm im Standardlauf je nach Modell und Annahmen. Der potentielle Effekt ist gewaltig, aber der tatsächliche Effekt unbekannt. Seitdem wurden nach Meinung der Forscher die Unsicherheiten eingegrenzt. In den IPCC-Modellen wird diese Rückkopplung erst in der neuesten Generation voll berücksichtigt und ist damit in dem neuesten IPCC-Berichten von 2007 integriert.
In einer neuen Publikation haben Johannes Lehmann und seine Mitarbeiter dargelegt, daß sie den Anteil von schwarzem Kohlenstoff in den Böden für unterschätzt halten. Nach ihren Modellrechnungen müssten die Projektionen von CO2-Abgaben aus den Böden bei einer Temperatursteigerung um 3 Grad um ca. 20 Prozent gesenkt werden, wenn Messungen aus Australien zum Gehalt an schwarzem Kohlenstoff global übertragen werden könnten. Nun ist gerade in Australien aufgrund der dort vorkommenden Busch- und Waldbrände ein relativ hoher Gehalt an schwarzem Kohlenstoff zu erwarten. Deshalb verdeutlicht die Arbeit Lehmanns eigentlich nur den hohen Forschungsbedarf. Er selbst weist darauf hin, daß der Vergleich von Messungen und Modellrechnungen derzeit eher andeutet, daß wir nach Quellen für weitere Kohlenstoffemissionen suchen müssten und seine Rechnungen, die die Kohlenstoffquellen in die Atmosphäre verringern, den vorhandenen Fehler noch vergrößern.
Interessanterweise ist schwarzer Kohlenstoff auch eine der Möglichkeiten, Kohlenstoff im Boden zu binden und eine Möglichkeit des Geoengineerings. Man würde hier Pflanzen unter verminderter Luftzufuhr teilweise verbrennen und verkohlen und als Biochar in die Böden geben. In einigen Jahren könnte dies eine ökonomisch sinnvolle Maßnahme sein, CO2-Bilanzen zu verbessern. Lehmann gehört zu den Forschern, die an solchen Lösungen arbeiten.
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