Sekitar dua pertiga dari karbon dunia berada tepat di bawah permukaan tanah yang kotor. Ketika elemen pemberi kehidupan yang tersebar itu mengeluarkan karbon dioksida (CO2), fenomena ini dikenal sebagai respirasi tanah, atau respirasi di bawah tanah. Disebabkan secara alami oleh serangkaian proses lingkungan — dari eksudasi tanaman hingga pengeluaran CO2 kimia — respirasi tanah meningkat saat suhu tinggi dan turun saat tanah menjadi terlalu basah atau terlalu kering.
Reaksi alami yang berbeda bergabung untuk menciptakan jumlah total pengeluaran CO2 yang memasuki atmosfer dari tanah. Akar mengeluarkan CO2 selama pertumbuhan tanaman. Karbon ditemukan dalam ekskresi dan tubuh hewan, serangga dan bahkan amuba. Selain proses biologis ini, oksidasi dan degassing terjadi pada tingkat kimia yang lebih dalam. Dalam pengertian pertanian dan ekologi, respirasi tanah melibatkan keseimbangan karbon yang sempurna.
Temperatur yang lebih tinggi dari rata-rata berkontribusi paling besar terhadap peningkatan respirasi tanah. Ini membuat banyak peneliti perubahan iklim menunjuk pada respirasi tanah sebagai dugaan pemanasan global lainnya, karena karbon dioksida atmosfer adalah salah satu gas rumah kaca utama yang berkontribusi terhadap perubahan iklim. Namun, respirasi tanah bukanlah tersangka utama. Bahkan pada tahun 2011, pembangkit listrik berbahan bakar batu bara masih mendominasi industri listrik dan bahan bakar fosil masih menggerakkan roda mobil dan industri, memancarkan karbon dioksida, nitro oksida, dan metana dalam kadar yang tidak wajar. Tanah, sebaliknya, telah ada selama kehidupan di Bumi, bernafas cukup untuk mencapai keseimbangan karbon yang dibutuhkan untuk mendukung kehidupan.
Sejak awal Revolusi Industri pada abad ke-18, jumlah karbon dioksida atmosfer telah meningkat 30 persen, menurut beberapa penelitian yang dikutip oleh mantan Wakil Presiden AS Al Gore. Suhu rata-rata di seluruh dunia perlahan-lahan naik untuk waktu yang lama. Karena karbon di bawah tanah meningkat secara eksponensial seiring dengan kenaikan suhu, beberapa pengamat khawatir bahwa tingkat respirasi rata-rata juga akan meningkat, yang selanjutnya melanggengkan penciptaan lebih banyak karbon dioksida dan suhu yang lebih tinggi.
Faktor-faktor lain juga mempengaruhi laju respirasi tanah, seperti kelembaban tanah dan tingkat bahan organik tanah (SOM). Ketika kadar air atau SOM terlalu rendah, emisi CO2 menurun. Sebaliknya, ketika kelembaban naik terlalu tinggi di atas pengeluaran CO2 normal juga menurun. Hanya dalam kondisi kelembaban sedang respirasi di bawah tanah dapat berfungsi dengan baik. Petani secara teratur merotasi, mengolah, menyiram, memupuk, menganginkan, dan bahkan menutupi tanah mereka untuk mencapai keseimbangan yang tepat dari karbon penting.