Les réservoirs et sources naturels de carbone sont répartis selon 4 familles :
- l’océan,
- les roches sédimentaires,
- la biosphère continentale,
- les sols et déchets continentaux.

Océans (Hydrosphère)

Les océans contiennent deux grands réservoirs de carbone qui sont :
- celui des eaux de surface, limité à la zone photique c’est-à-dire suffisamment lumineuse pour que la photosynthèse ait lieu et que la productivité marine primaire (algues, phanérogames) existe,
- celui des eaux intermédiaires et profondes, zones aphotiques (sans lumière).

Le carbone se trouve dans les océans sous formes dissoutes : le dioxyde de carbone, les ions hydrogénocarbonates, les ions carbonates et les complexes organiques. Les crustacés peuvent transformer le CO₂ sous forme solide en carbonate de calcium. A très long terme, sous des conditions particulières, une évolution en combustible fossile est envisageable.

Les eaux de surface contiendraient environ 1 000 GT de carbone, tandis que les eaux plus profondes représenteraient 38 000 GT. De nombreux phénomènes aquatiques transfèrent le carbone d’un point à un autre :
- la circulation thermo-haline qui entraînent le carbone dissout et les sédiments de la surface vers les fonds marins,
- les autres courants marins qui ramèneront le carbone dissout vers la surface après plusieurs siècles,
- la biologie marine,
- la sédimentation…

Une grande quantité de carbone est donc stocké au fond des océans durant plusieurs siècles, faisant ainsi des océans un puits de carbone.

Les océans interviendraient pour moitié dans l’élimination partielle du carbone rejeté par les activités humaines. L’absorption du carbone s’effectue par dissolution du CO₂ dans les eaux polaires froides et par production de phytoplancton lors de la photosynthèse.

Roches sédimentaires (Lithosphère)

Elles représentent le plus grand réservoir de carbone : 50 000 000 GT sous forme de carbonates de calcium et de magnésium, 5 000 GT sous formes de combustibles fossiles. Des transferts ont lieu depuis ce réservoir rocheux : altération et érosion des roches (0,25 GT par an), éruptions et émissions volcaniques (0,10 GT par an)

Biosphère

La biosphère est la partie du système terrestre dans laquelle la vie s’est développée (écosystèmes = systèmes vivants et lieux de leur développement). Elle représente un réservoir de 610 GT de carbone organique puisé dans les plantes et les animaux. Cette biosphère prélève du carbone lors de la photosynthèse (105 GT) et en rejette environ 50 GT par la respiration et l’oxydation. L’enfouissement de la matière organique dans les sols et l’accumulation de détritus continentaux sont estimés à 55 GT.

Atmosphère

Ce réservoir comprend 760 GT de carbone sous forme de dioxyde de carbone et 10 GT sous forme de méthane. De nombreux échanges de carbone existent entre les différents réservoirs et l’atmosphère.

Remarque :
Il faut distinguer les sources de carbone des puits de carbone. On appelle puits de carbone un élément qui stocke plus ou moins longtemps le carbone et qui permet l’absorption naturelle et le recyclage du carbone atmosphérique, tels que les écosystèmes continentaux, les océans et les stocks fossiles et minéraux.