Кругообіг води

Вода вкриває поверхні Землі. За одну хвилину під дією сонячного тепла з поверхні водойм Землі випаровується 1 млрд. т води. Внаслідок конденсації водяної пари утворюються хмари, випадають атмосферні опади. Опади проникають у ґрунт, ґрунтові води повертаються на поверхню землі через джерела. Загальний запас води в гідросфері становить 138 -1016 т. Маса водної пари в атмосфері - 130 o 10м т. Швидкість циркуляції води дуже велика: вода океанів поновлюється за 2 млн. років, ґрунтові води - за рік, річкові - за 12 діб, водна пара в атмосфері - за 10 діб. Щорічно для створення первинної продукції біосфери в процесах фотосинтезу використовується близько 1% води, що потрапляє у вигляді опадів. Людина для побутових і промислових потреб використовує вже близько 2,5% загальної кількості опадів за рік.

Кругообіг кисню

Природними продуцентами вільного молекулярного кисню на Землі є зелені рослини, що утворюють його в процесі фотосинтезу. Атмосфера містить 1,2 - 2,0 o 1015 т кисню. Щорічно цей запас поповнюється на 70 - 100 млрд. т за рахунок фотосинтезу зелених рослин, при цьому 55 млрд. т кисню виробляють лісові масиви. Для абсолютної більшості живих організмів кисень є життєво необхідним. Він забезпечує здійснення окислювальних реакцій, під час яких вивільнюється необхідна для життєдіяльності організмів енергія. У природі відбувається постійний кругообіг цього газу в результаті збалансованих процесів використання атмосферного кисню для дихання, окислювальних процесів і виділення його у вільному вигляді при фотосинтезі. За розрахунками, повний кругообіг кисню у біосфері здійснюється за 2000 років.

Кругообіг азоту

Атмосфера є найбільшим резервуаром газоподібного азоту (3,9 o 1019т, або 78 % за об'ємом). Для більшості організмів він є нейтральним газом. Лише для великої групи мікроорганізмів азот є фактором життєдіяльності. Засвоюючи молекулярний азот, такі мікроорганізми після відмирання забезпечують корені вищих рослин доступними формами цього елементу, який включається в склад амінокислот, білків та пігментів. Кругообіг азоту здійснюється за допомогою двох взаємно збалансованих процесів - нітрифікації (послідовне окислення вільного азоту до нітратів, що поглинаються коренями рослин) і денітрифікації (відновлення азотовмісних сполук до вільної форми). Обидва процеси здійснюються бактеріями. Біологічна фіксація азоту становить приблизно 126 млн. т в рік. За рахунок абіогенної фіксації (наприклад, при розрядах блискавок чи виверженнях вулканів) у біосферу додатково поступає 26 млн. т азоту в нітратній формі.

Кругообіг фосфору

Цей важливий і необхідний для живих організмів елемент циркулює, поступово переходячи з органічних сполук у фосфати, які знову можуть використовуватись рослинами. На відміну від азоту, резервуаром фосфору служить не атмосфера, а гірські породи та інші відклади, що утворились у минулі геологічні епохи. Ці породи поступово піддаються ерозії, вивільнюючи фосфати в екосистеми, але велика кількість фосфатів попадає в море, де частково відкладається у мілководних осадах, а частково губиться у глибоководних. Механізми повернення фосфору в кругообіг вірогідно недостатньо ефективні і не поповнюють втрат. Діяльність людини призводить до посиленої втрати фосфору за рахунок ерозії ґрунтів. З іншого боку, активне використання фосфору в добривах призводить до евтрофікації ("надудобрення") вод, що супроводжується бурхливим розмноженням водоростей ("цвітіння води"), які поглинають розчинений у воді кисень і виділяють токсичні продукти обміну. Сформовані природні екосистеми при цьому руйнуються.