Химические элементы циркулируют в биосфере характерными путями из внешней среды в организм и снова во внешнюю среду. Процессы движения химических элементов, которые происходят с участием живого вещества, называются биогеохимическими циклами. Движение необходимых для жизни элементов и неорганических соединений можно назвать круговоротом элементов питания.

Относительно биосферы, биогеохимические циклы можно разделить на два основных типа:

• круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере;
• осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.

Из газообразных круговоротов рассмотрим два глобальных круговорота - углерода и воды. Они имеют очень большое значение для человечества. От изменений, происходящих в этих круговорот, зависит будущее человечества на Земле. Также обратим внимание на некоторые другие газообразные биогеохимические циклы.

Круговорот углерода в природе

Углекислый газ поступает в атмосферу за счет дыхания всех организмов. Второй его источник - выделение по трещинам земной коры из осадочных пород благодаря химическим процессам. Можно считать, что этот СO₂ тоже имеет биогенное происхождение. Часть углекислого газа поступает в атмосферу из мантии Земли во время вулканических извержений. Это 0,01% всего СО₂, выделяемого живыми организмами. Кроме СO₂, в атмосфере присутствуют в небольшом количестве СО (0,1 части на миллион) и СН₄ - 1,6 части на миллион. Эти соединения, как и СO₂, находятся в быстром круговороте: 0,1 года для СО; 3,6 года для СН₄ и 4 года для СО₂. СО и СН₄ образуются при неполном или анаэробном разложении органических соединений. В дальнейшем в атмосфере они окисляются до СО₂. Сегодня запасы углерода в атмосфере оценивают в 700 млрд. тонн, а в гидросфере - 50 000 млрд. тонн. Годовой фотосинтез составляет для атмосферы 30 млрд. тонн и для гидросферы - 150 млрд. тонн. Исходя из этих цифр, время кругооборота СО₂ составляет 300-400 лет. Количество СО₂ в атмосфере не уменьшается, его запасы постоянно увеличиваются за счет дыхания, брожения, сведение лесов, распашки почв, сгорания. С увеличением содержания СО₂ в атмосфере связана глобальная экологическая проблема - потепление климата.

Круговорот воды в природе

Часть этого круговорота осуществляется за счет энергии Солнца, в других частях круговорота энергия освобождается и может быть использована экосистемами и гидроэлектростанциями. Около трети энергии Солнца, поступающей к Земле, затрачивается на круговорот воды. Интересны два аспекта круговорота воды:

• Море теряет из-за испарения больше воды, чем получает с осадками, на суше ситуация противоположная. В некоторых районах планеты 90% осадков приносится с моря (долина Миссисипи).
• В результате деятельности человека сток увеличивается, а пополнение фонда грунтовой воды сокращается. Вода в некоторых районах становится, как и нефть, невосстанавливающимся ресурсом.

Подробнее про круговорот воды изложено здесь.

Круговорот кислорода в природе

Атмосферный кислород накоплен за счет фотосинтеза. Единственный источник абиогенного поступления свободного кислорода - фотолиз воды в верхних слоях атмосферы. В природе существует два фундаментальных процесса, противоположных друг другу, - это фотосинтез у растений и дыхание. Количество молекул O₂, которые выделяют зеленые растения, пропорционально количеству связывающихся молекул СО₂. Кислород, выделяющийся во время фотосинтеза, идет на дыхание живых существ и на окисление углерода при минерализации органических соединений. Накопление кислорода в атмосфере планеты началось еще с докембрия. В дальнейшем концентрация кислорода возрастала и достигла сегодня 21%. Увеличение кислорода в атмосфере в далекие геологические времена можно рассматривать как огромную экологическую катастрофу. Поскольку большинство прокариотов кембрия и палеозоя не были приспособлены к повышению концентрации кислорода, то они освободили место для других таксонов.

Теперь вкратце рассмотрим осадочные круговороты. Большинство элементов и соединений «привязаны» к Земле, и их круговороты входят в общий осадочный цикл. Циркуляция в таком цикле осуществляется путем эрозии, горообразования, вулканической деятельности, образование осадка. К осадочным циклам относят круговорот фосфора, серы, натрия, кальция.