Obieg pierwiastków w przyrodzie

Drogi włączenia pierwiastków biogennych do obiegu w ekosystemach mogą być 03%- rozmaite, różne też mogą być drogi ich wychodzenia z obiegu. Budżety pierwiastków biogennych sporządza się porównując ich dopływ i odpływ w rozpatrywanym systemie. W niektórych ekosystemach budżety te mogą być bardziej lub mniej zrównoważone, w innych tempo dopływu pierwiastka może znacznie przewyższyć szybkość jego odpływu. Sytuacja taka prowadzi do akumulowania się znacznych ilości pierwiastka w zasobach żywej i martwej materii organicznej. Takie zjawisko jest typowe dla wszystkich stadiów przebiegu sukcesji ekologicznej. Czasami odpływ pierwiastka z obiegu może być większy niż dopływ i tak dzieje się na przykład w sytuacji pożarów, wycinania lasów, czy zbierania plonów z pól uprawnych. Erozja skały macierzystej i gleby stanowi główne źródło dopływu takich pierwiastków biogennych jak wapń, fosfor i potas.
Źródłem węgla w ekosystemach lądowych jest znajdujący się w atmosferze CO2, podobnie- źródłem azotu jest azot atmosferyczny. Inne pierwiastki biogenne znajdujące się w atmosferze są włączane do obiegu materii w ekosystemie w drodze opadów mokrych (deszcz, śnieg, mgła) lub suchych (pyły). Deszcz zawiera znaczną liczbę związków chemicznych pochodzących z rozmaitych źródeł. Mogą to być:
· Rozpuszczone gazy występujące w atmosferze w ilościach śladowych takie jak tlenki siarki i azotu.
· Rozpuszczone aerozole zawierające związki sodu, siarki, magnezu i chloru
· Cząstki pyłów pochodzące z pożarów lub przynoszone z wiatrem, zawierające związki wapnia, siarki i fosforu.
W skład deszczu wchodzą, więc krople wody tworzące się w atmosferze wraz z rozpuszczonymi w nich rozmaitymi związkami chemicznymi, a także wszystkie cząstki oraz składniki gazowe zabrane z atmosfery podczas opadania kropel deszczu. Substancje opadające wraz z deszczem stają się dostępne dla roślin z chwilą, gdy woda deszczowa przesiąknie do głębszych warstw gleby, gdzie znajdują się korzenie. Pobieranie wody i zawartych w niej związków pokarmowych może się odbywać również w niewielkim stopniu wprost przez powierzchnię liści. Opad pyłowy może stanowić ważną część dopływu pierwiastków biogennych do ekosystemów z atmosfery. Dopływ pierwiastków może się też odbywać wraz z ruchami wód płynących i pozostawiających niesione ze sobą materiały w osadach.
Azot występuje w postaci azotu cząsteczkowego (N2), amonowego (NH4+), azotynowego (NO2+), azotanowego (NO3-) i związkach organicznych, jak wolne aminokwasy, peptydy, białka, mocznik i inne.
Źródłem wolnego azotu w wodzie jest dyfuzja z powietrza oraz denitryfikacja- proces redukcji azotanów prowadzony przez niektóre bakterie w warunkach beztlenowych. Wolny azot jest gazem biologicznie nie czynnym, ponieważ większość organizmów żywych nie ma zdolności wbudowywania go we własne składniki. Wolny azot wiążą jedynie pewne bakterie azotowe wolno żyjące. Oprócz bakterii, także uzdolnienia wykazują glony.
Człowiek oraz zwierzęta wyższe wykorzystują azot organicznie związany w białkach roślinnych, dostarczany wraz z pokarmem. Ponieważ skład aminokwasowy białek, jak również sekwencja aminokwasów w, białkach, jest cechą genetycznie utrwaloną i charakterystyczną dla każdego gatunku, organizmy te spożywane białka najpierw trawią do wolnych aminokwasów, które następnie zużywają do ponownej syntezy zachodzącej w rybosomach na wzorcu mRNA.
Podczas przemiany azotowej, w organizmach ludzi i niektórych zwierząt powstaje produkt końcowy, jakim jest mocznik. W szczątkach martwych organizmów zawarty jest azot organicznie związany postaci białek. Duże ilości białek i innych form azotu organicznego wprowadzają do ekosystemu wodnego ścieki i wody opadowe.

Jak wiadomo węgiel jest podstawą wszelkich związków organicznych. Największe ilości tego pierwiastka są wprawdzie zmagazynowane w skałach węglowych i jako pokłady węgla kamiennego, jednak tylko w niewielkim stopniu biorą one udział w cyklu.
Głównym zbiornikiem węgla uczestniczącego w obiegu jest atmosfera w której pierwiastek ten występuje w postaci CO2. jednakże nawet w atmosferze udział CO2 jest znikomy- wynosi około 0,03% i gdyby nie przemiany metaboliczne organizmów, w którym czasie mogłoby go zabraknąć. W ostatnich latach sytuacja ta uległa zmianie. Emisja spalin przemysłowych i wytwarzanych przez pojazdy zwiększyła stężenie węgla w atmosferze. Dla roślin jest to korzystne. Przypuszcza się jednak, że nadmiar CO2 może być jedną z przyczyn tak zwanego efektu cieplarnianego.
Obieg fosforu, pierwiastka niezbędnego w kwasach nukleinowych i przenośnikach energii, ma trochę inny charakter niż cykle węgla i azotu. E tym wypadku rezerwuarem pierwiastka są skały osadowe, które wietrzeją, uwalniają fosfor do roztworów glebowych. Skąd czerpią go rośliny i przekazują ja dalej. Podobnie jak w cyklu azotu, ingerencja człowieka wyraża się w zwiększeniu ilości fosforanów glebowych przez nawożenie.
Występowanie cykli biogeochemicznych wskazują ze wszystkie środowiska Ziemi są sobą powiązane. Cykle te pokazują tez role organizmów w obiegach, ich wpływ na skład litosfery, hydrosfery a przed wszystkim atmosfery. skład ten będący wynikiem działalności organizmów jest wyraźnie różny od składu atmosfery pozostałych planet. Ten fakt stal się podstawa do sformułowania na początku lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku tak zwanej hipotezy Gai. Zakłada ona ze cala Ziemie można traktować jako jeden żywy system ekologiczny, pod względem właściwości zbliżony do olbrzymiego superorganizmu. Według tej hipotezy to właśnie życie ma największy wpływ na skład chemiczny atmosfery, hydrosfery i litosfery, jak tez na zachodzące w nich procesy. Jednocześnie utrzymuje globalna rowno3age przez złożony system sprzężeń zwrotnych. Jest to hipoteza kontrowersyjna i nie wszystkie jej aspekty zostały uznane przez oficjalna naukę. Stała się jednak doskonałą pożywką dla różnego rodzaju ruchów filozoficznych, teologicznych, a nawet parapsychologicznych. Powołują się na nią tak zwani ufolodzy, różdżkarze, okultyści, astrolodzy, ekozofowie, spirytysci, kabaliści i inni próbujący utożsamić biosferę z mityczna Gają- Matką Ziemią. Ta filozoficzna i pseudofilozoficzna otoczka przyniosła samej teorii więcej szkód niż pożytków i zepchnęła na margines rzetelne badania ekologiczne nad biosfera i jednocześnie nad sama hipoteza.