vignette|Les récifs coralliens, et certains planctons produisent le carbonate de calcium, le principal puits de carbone océanique et planétaire. vignette|La craie (ici de la Falaise d'Amont à Étretat) est une roche calcaire sédimentaire elle aussi issue d'un processus biogénique de captation et séquestration (pour des centaines de millions d'années) du CO2 dissous dans la mer, par bio-carbonatation puis lent dépôt marin de squelettes ou coquilles d'organismes marins (souvent très petits comme les coccolithophoridés). vignette|Stock de carbone dans le monde (hors océans), selon le GIEC (2001Giec, Changements climatiques 2001 : Rapport de synthèse. Résumé à l’intention des décideurs, 2001, 37). vignette| Le sol, le bois et une partie de la nécromasse végétale, animale, fongique et microbienne des forêts tempérées étaient un puits de carbone majeur des terres émergées (environ 30 % du mondial capté) mais, sous le double effet des incendies et de la déforestation, il se dégrade : en 2023 et 2024, il n'a absorbé qu’un quart du qu'il captait vers l'an 2000.. vignette|De manière générale, les sols, plus encore que les végétaux (même en forêt) sont les premiers puits de carbone, tant qu'ils ne sont pas surexploités, érodés ou dégradés. vignette|Les puits de carbone se dégradent, dont à cause des feux de forêts, source de , mais aussi de monoxyde de carbone (CO, toxique et puissant gaz à effet de serre). Ici : panache de C0 d'un mégafeu sur l'Ouest des États-Unis, 19 août 2021). Le Dixie Fire a brûlé de forêts (soit la taille du Luxembourg), causant un pic de CO mesuré à 0,08 mol/m² (quantité totale de CO, vue de satellite dans la colonne d'air) près de San Francisco. Le panache de CO (invisible) a touché trois millions de kilomètres carrés (soit la superficie de l'Inde). Ces incendies se développent quand il y a du vent et des turbulences, faisant que le CO est dispersé, mais au dessus d'un seuil bien plus bas que celui du , le CO induit des maux de tête, vertiges et nausées, puis une perte de connaissance en 45 minutes et la mort après deux à trois heures d'exposition..
Un puits de carbone ou puits est un réservoir de carbone (naturel ou artificiel) absorbant du carbone depuis le cycle du carbone. Ce carbone est séquestré dans le réservoir avec un temps de résidence très long par rapport à celui dans l'atmosphère.
Les puits de carbone principaux sont les océans. par dissolution et le vivant par assimilation via la flore (forêt, tourbière, prairies, phytoplancton), la faune, et les sols (humus). Les tourbières et prairies contiennent chacune 2 à 2,5 fois plus de carbone que les forêts tropicales humides ; et avec seulement 3 % des surfaces émergées les tourbières stockent près de de carbone, soit près d’un tiers du total planétaire.. Les bactéries photosynthétiques, la chaîne alimentaire et la nécromasse qui en dépendent contribuent aux puits de carbone. Le carbone est stocké sous forme de matière organique dissoute (MOD) dans les sols et les eaux.
En absorbant et séquestrant une partie du atmosphérique, les puits de carbone influent sur le climat planétaire, les écosystèmes et la présence des espèces. Les équilibres récents sont désormais menacés par la production massive de carbone anthropique et sa diffusion dans l'atmosphère. Les puits de carbones absorbent et séquestrent une partie seulement de ce nouvel apport. Ces puits sont eux-mêmes dégradés : la végétation potentielle diminuée par les activités humaines a réduit sa capacité de stockage de carbone par assimilation de 900 à 450 pétagrammes/an..
En France, la loi Grenelle II prévoitArticle 83 de la Loi Grenelle II, 115/308 de la version qu'un rapport du Gouvernement au Parlement portera sur et leur (art. 83).
Sur le temps long, les processus biologiques d'assimilation et dépôts ont permis l'accumulation d'importants stocks de carbone fossile sous forme de charbon, pétrole, gaz naturel, hydrate de méthane et roches calcaires. Ces stocks datent principalement du Carbonifère.
Puits naturels Tourbières, toundra Ces écosystèmes comptaient parmi les meilleurs puits de carbone, mais de nombreuses tourbières ont été exploitées, drainées (ce qui entraine une minéralisation avec perte de carbone), brûlées (en Indonésie par exemple pour planter des palmiers à huile), ou simplement, sous l'effet du réchauffement peuvent voir leur sol rapidement évoluer (et des études expérimentales de sols légèrement réchauffés montrent que les pertes de carbone des sols induites par le réchauffement sont les plus importantes en zone périarctique là où les stocks de carbone sont les plus importants ; si l'eau ne manque pas le réchauffement augmente la photosynthèse, mais sans compenser les émissions de ou de méthane dues à une activité accrue des microbes du sol, activité d'autant plus importante que le sol est riche en carboneDavidson E.A (2016) Biogeochemistry : Projections of the soil-carbon deficit. Nature, 540(7631), 47 |résumé).
Une estimation faite en 2016 pour un réchauffement de en 2100, avec l'hypothèse la plus prudente en termes de perte de carbone, a conclu à une perte nette minimale de 55 pétagrammes de carbone (1 Pg = 1015 g) entre 2015 et 2050, soit l'équivalent de cinq ans d'émissions anthropiques actuelles. La majeure partie des pertes se fera dans l'hémisphère nord.
Forêts L'écosystème forestier (et en particulier le système arbre/sol) est, après le plancton océanique et avec les tourbières et les prairies, le principal puits de carbone naturel planétaire, essentiel au cycle du carbone. Il accumule d'énormes quantités de carbone dans le bois, les racines, le sol et l'écosystème via la photosynthèse. L'ONU/FAO estime que dans la première moitié du , à condition qu'elles ne le relarguent pas prématurément, et qu'on n'ait pas surestimé les surfaces enforestées et leur capacité de stockage et qu'il ne s'agisse pas que de plantation d'essences à croissance rapide, dans un contexte où ces puits de carbone sont de plus en plus négativement impactés par les sécheresses, incendies, ravageurs, tempêtes et maladies des arbres parfois, y compris en Europe..
En effet, les plantes absorbent le de l'atmosphère, stockant une partie du carbone prélevée et rejetant de l'oxygène dans l'atmosphère. Chez les arbres, les essences pionnières, à croissance rapide (ex : Peuplier, saule ou bouleau en zone tempérée, Bois-canon (creux, à la manière du bambou) en zone tropicale), n'absorbent généralement que peu de carbone et le relarguent vite et facilement. Les bois durs et denses en contiennent bien plus, et pour le plus longtemps, mais ils croissent bien plus lentement (siècles à millénaires pour les « très gros bois »). L'absorption de carbone par un arbre diminue progressivement à partir de sa maturité, bien mais sa croissance en diamètre compense, au moins en partie, cette diminution. En moyenne, le bois sec d'un arbre contient environ 50% de carbone, mais ce taux peut varier en fonction de l'essence, de son environnement et de son âge. Les jeunes arbres, notamment ceux du sous-étage de la forêt, ont généralement une teneur en carbone légèrement inférieure, car ils investissent davantage dans leur croissance pour atteindre la lumière. À maturité, leur teneur en carbone se stabilise. Par la suite, avec le vieillissement, la teneur en carbone augmente souvent, en particulier dans le cœur du bois.
Quand l'arbre meurt, il est décomposé par des communautés saproxylophages (bactéries, champignons et invertébrés) qui recyclent son carbone sous forme de biomasse, nécromasse (cadavres, excrétas et excréments de ces organismes), sous forme d'humus ou de tourbe et sous forme de gaz (, méthane, libérés dans l'atmosphère ou l'eau). La forêt et d'autres écosystèmes continueront à stocker ou recycler ce carbone via une régénération naturelle. Toutes les forêts tempérées (hors incendies et exploitation) accumulent le carbone. Une grande partie des forêts tropicales (hors forêts tourbeuses) sont réputées à l'équilibre (source = puits), et les forêts boréales jouent un rôle plus complexe (plus sensibles aux défoliations et au feu).
Il arrive localement que les arbres morts, roseaux et plantes des marais se décomposent lentement et imparfaitement, en conditions anaérobies, sous la surface du marais, produisant des tourbes. Le mécanisme est suffisamment lent pour que, dans la plupart des cas, le marais grandisse assez vite et permette de fixer plus de carbone atmosphérique que ce qui est libéré par la décomposition. Un quart du carbone absorbé par les forêts l'est par les plantes et le sol .
En 2010, pour l'ONU, la FAO, dans ses statistiques et inventaires forestiers, distingueÉvaluation des ressources forestières mondiales 2010 ; Rapport principal, évaluation la plus complète jamais faite des forêts mondiales jamais effectuée, pour 233 pays et zones et pour la période 1990 à 2010 et pour plus de 90 variables clés relatives à l'étendue, l'état, les utilisations et les valeurs des forêts.. Version francophone, FAO, 2010 cinq différents stocks de carbone : la biomasse aérienne : ; la biomasse souterraine : ; le carbone du bois mort : de la nécromasse ligneuse – hors de la litière – ; le carbone de la litière : ; le carbone dans le sol : .
Remarque : En 2015, des chercheurs de l'université de Brême ont (dans Atmospheric Chemistry and Physics début janvier), à partir de données satellitaires, estimé que les forêts européennes extrairaient plus de deux fois plus de dioxyde de carbone qu'on ne le pensait jusqu'ici Is Europe an underestimated sink for carbone dioxide ?, site de l'Agence spatiale européenne, 5 janvier 2015., mais une tendance au recul continu ou à la minéralisation des tourbières forestières ou paraforestières et au développement rapide de valorisation du bois (voire du petit-bois et des feuilles mortes) en biomasse-énergie laisse penser que cette absorption de carbone pourrait souvent être suivie d'un relargage rapide dans l'atmosphère.
Mais dans le contexte climatique incertain, les forêts, et leur puits de carbone, se montrent de plus en plus vulnérables, au point parfois de disparaitre ou de devenir « sources » de (le contraire d'un puits de carbone), notamment quand les effets des sécheresses, incendies et tempêtes (sources de grands chablis) se combinent ou deviennent trop récurrents. En outre, les coupes rases et les monocultures d'arbres aggravent parfois ces effets, tout en nuisant à la résilience des forêts. En 2016, on montrait que la toundra et la taïga sont les écosystèmes qui risquent proportionnellement (notamment parce que leur sol était très riches en carbone), de perdre le plus de carbone du sol d'ici 2100, au risque de basculer d'une situation globale de puits de carbone, vers une situation d'émetteur aggravant le réchauffement.
Selon une étude publiée en 2024, il apparaît que les forêts et les sols n'ont capté qu'entre 1,5 milliard et 2,6 milliards de tonnes de en 2023, ce qui est nettement inférieur aux 9,5 milliards de tonnes absorbées en 2022. Ce déclin serait principalement dû à la sécheresse en Amazonie ainsi qu'aux feux de forêt au Canada et en Sibérie.À horizon 2050, cela accroît le risque de ne pas atteindre les objectifs mondiaux et locaux d'atténuation du dérèglement climatique, selon des simulations et une étude (2024) de l'Inrae et d'Agroparitech (une diminution d'au moins 24 % du puits de carbone forestier est observée dans un quart des 300 simulations effectuées dans ce cadre).