Благодаря круговоротам веществ конечное количество вещества, имеющееся в биосфере, приобретает свойство бесконечности.
Глобальный круговорот веществ складывается из отдельных круговоротов (воды, химических элементов), к которым подключаются грандиозные перемещения воздушных масс, тектонические процессы, обусловленные вулканической деятельностью и движением океанических плит.
Круговорот веществ возможен только на основе постоянного притока солнечной энергии и осуществляется при участии живого вещества. Поступая в организмы из окружающей среды, различные элементы вовлекаются в процессы клеточного метаболизма, затем возвращаются в среду и вновь используются организмами. Благодаря этому биосфера функционирует как целостная, саморегулирующаяся, сохраняющая постоянство система.
Основными элементами глобального круговорота являются углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера. Круговороты этих и других элементов называют биогеохимическими циклами. В ходе таких циклов большинство элементов проходят через живое вещество огромное число раз.
Круговороты различных элементов имеют разную скорость. Например, весь кислород атмосферы проходит через живое вещество за 2.000 лет, а вода - за 2.000.000 лет.
Циклы круговоротов элементов не замкнуты. Некоторая часть вещества биосферы, благодаря способности организмов накапливать различные химические элементы, выходит из круговорота веществ, накапливается в глубоких слоях земной коры. Из каждого цикла высвобождается незначительное число элементов, но в связи с длительностью геологической истории таких циклов насчитывают множество. Это приводит к накоплению огромного количества ископаемых органических веществ.
Круговорот углерода. Углерод входит в состав углекислого газа, который содержится в воздухе и воде. Фактически круговорот углерода идет по двум циклам - континентальному и океаническому. Объединение между этими циклами происходит через углекислый газ атмосферы.
Углекислый газ поглощается продуцентами, преобразуется в процессе фотосинтеза в органические соединения, которые затем усваиваются консументами. Вместе с тем, происходит обратный процесс: углекислый газ образуется при дыхании организмов и разложении мертвого вещества (остатков растений и животных) редуцентами. То есть углерод в составе углекислого газа вновь возвращается в атмосферу.
Углерод в составе углекислоты также поступает в окружающую среду из мантии Земли при извержении вулканов, с выхлопными газами автомашин, с дымовыми выбросами заводов и фабрик, при сгорании горючих ископаемых.
Часть углерода выходит из общего круговорота веществ, что привело в геологическом прошлом к накоплению таких ископаемых, как торф, уголь, нефть, газ, известняки.
В естественных циклах баланс углерода нулевой. Однако деятельность человека
приводит к тому, что содержание углекислого газа в атмосфере ежегодно
повышается (
на 3 млрд. т), возникает парниковый
эффект - чрезмерное поглощение воздухом теплового излучения Земли. Вследствие этого может произойти глобальное потепление климата,
резкое повышение уровня Мирового океана в результате таяния ледников. Это, в
свою очередь, может привести к затоплению густонаселенных приморских районов
и возрастанию опустынивания в центральных частях континентов.