W porównaniu z energią, której strata podczas przepływu poprzez ekosystem to proces nieunikniony, materia nie ucieka z ekosystemu. Oznacza to, iż ogólne posumowanie bilansu każdej z cząstek materii stale jest taki sam. W organicznej materii azot występuje zwłaszcza jako składnik nukleinowych kwasów (np. DNA) oraz białek. Obieg węgla ściśle jest powiązany z wędrówką tlenu. Pewna część węgla jakiś czas (niekiedy trwa to miliony lat) wyłączona zostaje z obiegu - buduje skorupę Ziemi lub zostaje w jej głębi.

KRĄŻENIE W PRZYRODZIE WODY

Woda - jako związek tlenu i wodoru - to symbol życia na ziemi, ponieważ ono istnieje wszędzie tam, gdzie tylko ona się pojawi. Ponieważ woda jest rozpuszczalnikiem wszechstronnym pełni rolę podstawową w transporcie przeróżnych substancji, tak w obrębie danych organizmów, jak ekosystemów całych ekosystemów oraz całej Ziemi. Ogromne masy wód także odgrywają istotną rolę przy łagodzeniu klimatu. W trakcie trwania lata wody mają niższą temperaturę, wchłaniają wtedy ciepło, zimą z kolei - oddają je, co trwa długi czas.

Jak woda krąży w przyrodzie?

Na ziemi jedynie 3% wszystkich wodnych zasobów stanowią słodkie wody, z czego w przybliżeniu 1% związany jest w formie zwanej lądolodem w lodach Grenlandii i Antarktydy. Pozostałe 97% stanowią słone wody. W atmosferze źródło pary wodnej to transpiracja jej z lądu, oraz parowanie cząsteczek z powierzchni morskich wód. Woda powraca na Ziemię pod postacią opadów. Znaczna część tej wody opada na powierzchnię należącą do lądów, ponieważ wilgoć pochodząca znad oceanów transportowana jest do ich głębi poprzez wiatr. Część opadowych wód zatrzymują jeziora na lądzie, jej część zasila lądolody już istniejące, pozostała część spływa do morskiej wody pod postacią gruntowych lub powierzchniowych wód. Ilościowy stosunek gruntowych oraz powierzchniowych wód połączony jest ściśle z roślinnością, która pokrywa określony obszar. Im roślinność jest bogatsza, tym więcej jest gruntowych wód - oraz odwrotnie: im mniej jest roślinności tym mniej istnieje potoków oraz rzek. Tym sposobem koło obiegu zamyka się, ponieważ woda spływająca z powrotem dociera do oceanów i mórz.

KRĄŻENIE W PRZYRODZIE AZOTU

Azot to pierwiastek, którego brak hamuje wzrost u roślin, powoduje ograniczenie kwitnienia, żółknięcie liści z powodu braku możliwości syntezy chlorofilu. Dodatkowo u ludzi i zwierząt w niewielkich dawkach pobudza nerwowy układ, w dużych z kolei - jest przyczyną silnych zatruć. W powietrzu znajduje się stosunkowo duża ilość tego pierwiastka, który stanowi 78% całej objętości gazów powietrza, jednak w takiej postaci jest kompletnie niedostępny, ponieważ organizm żywy przyswaja azot łącznie z białkami oraz innymi organicznymi substancjami, które mają go w swym składzie. Ponieważ istniej konieczność dysponowania dużą ilością energii aby rozerwać jedną cząsteczkę azotu, jest jedynie kilka dróg jakimi atmosferyczny azot wiązany jest w związki, które dostępne są dla żywych istot. Podczas burzy żywe organizmy uzyskują 5 % azotu. Energia błyskawicy powoduje rozbicie cząsteczki azotu, po czym wolne atomy azotu ulegają połączeniu z tlenem dając tlenki azotu, następnie ulegają połączeniu z wodą z czego powstają azotany. Powstałe związki stanowią właściwe źródło tego pierwiastka dla roślin a także innych producentów. Wspomnieć tutaj należy, że istnieją żywe organizmy, które wykazują zdolność wiązania azot z powietrza bezpośrednio - są nimi prokarionty. Występują w wodach np. sinice, będące najdoskonalszymi producentami, ponieważ poza azotem przyswajają także węgiel. Gleby są środowiskiem życia bakterii należących do odrębnych dwóch rodzajów, będące zdolnymi przyswajać azot. Nazywa się je łącznie azotowymi bakteriami albo azotowymi bakteriami glebowymi. Azot, który jest prze nie przyswojony wkracza do obiegu ekosystemu łącznie z organiczną materią ich ciał, co oznacza, iż bakterie mogą być zjedzone przez przykładowo nicienie lub pierwotniaki. Znanym najbardziej przykładem azotowych bakterii są brodawkowe bakterie, żyjące w symbiozie ścisłej z roślinami należącymi do rodziny motylkowatych. Te bakterie sprawiają, iż rośliny są niezależne od ilości azotu, która zawarta jest w glebie. Cząsteczki azotu, które zawierają aminokwasy, białko, nukleinowe kwasy oraz nukleotydy roślin wykorzystywane są przez zwierzęta a także przez pozostałych konsumentów. Szczątki zwierząt, roślin, pierwotniaków, prokariontów czy grzybów ulegają rozkładowi bakteryjnemu, podczas którego azot uwolniony może zostać pod postacią amoniaku lub w formie amonowego jonu. Następnie w tlenowych warunkach wyspecjalizowany typ bakterii powoduje utlenienie amonowych jonów do azotynów, inny następnie - do azotanów. Każdy z rodzajów tych bakterii nazywany jest nitryfikacyjnymi bakteriami. Azot pod postacią azotanowego jonu przyswajalny jest dla każdej rośliny, dzięki czemu może w przyrodzie krążyć. Pewną ilość azotanów środowisko może stracić poprzez szczególny rodzaj beztlenowego oddychania denitryfikacyjnych bakterii. Powoduję one redukcję azotanów do cząsteczkowego azotu, który to z kolei do atmosfery uchodzi.

KRĄŻENIE W PRZYRODZIE WĘGLA

Węgiel jest składnikiem wszystkich organicznych związków, dlatego też krążenie tego pierwiastka w przyrodzie prawie jednoznaczne jest z krążeniem w ogóle materii. Zaznaczyć należy także, iż węgiel istnieje także w postaci nieorganicznych związków, mających również w przyrodzie znaczenie niebagatelne.

Atmosfera

Mimo, że w powietrzu procentowy udział węgla równy jest jedynie 0, 03% w przybliżeniu, to ilość tego pierwiastka zawarta w całości atmosfery jest istotnie wyższa. Dzięki temu pierwiastkowi rośliny są zdolne do przeprowadzenia procesu fotosyntezy, który niezbędny jest do przetrwania. Przyswojony tym sposobem węgiel dotrzeć może do następnych konsumentów troficznej piramidy. Istnieje kilka sposobów dotarcia do atmosfery węgla. Najstarszym sposobem jest oddychanie organizmów żywych. Dodatkowo znaczna ilość CO2 do atmosfery dostaje się w trakcie erupcji wulkanów. Następnym sposobem, który dopiero znaczenie większe ma od końca wieku XVIII, jest spalanie kopalnych paliw, a więc przywracanie atmosferze tych atomów węgla, które z obiegu wyłączone zostały przed milionami lat. Sposobem pozyskiwania do atmosfery węgla (o małej wydajności) jest uwalnianie tego pierwiastka z węglanowych skał. Tego rodzaju skały od licznych stuleci wypalane były w piecach, nazywanych wapiennikami, po ty by uzyskać palone wapno, zwłaszcza do wyrobu murarskiej zaprawy. W dzisiejszych czasach w celach podobnych, lecz na zdecydowanie większą skalę, działają tak cementownie.

Wody oceanów

Wody oceanów w tymże rozumieniu nie oznaczają jedynie rozpuszczalnikaCO2, lecz dotyczą całości ekosystemu, który jest środowiskiem życia mikroskopijnych rozmiarów producentów. Na stężenie dwutlenku węgla w wodzie wpływ ma przede wszystkim intensywność przemian fotosyntezy, te z kolei zależne są od ilości tego związku w wodzie. Trzeba zaznaczyć także, że CO2 jest w wodzie dobrze rozpuszczalny, jednak jego rozpuszczalność uzależniona jest od zasolenia i temperatury wody. Stan równowagi ma miejsce, gdy stężenie tego związku w wodzie wyższe jest od jego stężenia w powietrzu.

Rośliny

Stan biomasy na kuli ziemskiej jest względnie stały, zmiany jego są spowodowane zewnętrznymi działaniami. W minionych geologicznych epokach duży wpływ na równowagę miały zmiany klimatu. W karbońskim okresie, czyli węglowym, klimat był podobny do równikowego dzisiejszego. Dlatego tamtejsza roślinność była bogata wyjątkowo, co umożliwiło powstanie ogromnych złóż kamiennego węgla. Biomasa łączna roślin, w porównaniu do permu, w którym klimat na ogół był suchy, była zdecydowanie wysoka. Na ilość węgla w roślinie obecnie ma wpływ proces niszczenia przez człowieka m.in. ogromnych połaci tropikalnych lasów oraz nieustannie większy rozwój miast, który powoduje zagładę zielonych terenów.

Martwa ograniczona materia

Martwą organiczną materię odnaleźć można w każdym z ekosystemów w różnej ilości. Pochodzi ta materia z roślin obumierających, oraz szczątków innego rodzaju żywych organizmów. Współcześnie jedynie niewielkie ilości organicznej materii na stałe zostają wyłączone z toru obiegu węgla. To dotyczy m.in. dennych osadów w jeziorach oraz pokładów torfu tworzących się na torfowiskach. Mimo, że organiczna materia ulega z upływem czasu rozkładowi, niedobór tej materii natychmiast zostaje wyrównany poprzez jej nowy napływ (co najmniej w naturalnych ekosystemach). Przykre zjawisko, które nasila się i jest powszechne w rolnictwie to ubytek próchnicy dotyczący gleb uprawnych. Węgiel, jaki w nich występował, znajduje się obecnie w atmosferze.