W przeciwieństwie do energii, której strata w trakcie przepływu przez ekosystem jest procesem nieuniknionym, materia z ekosystemu nie ucieka. Oznacza to, że bilans wszystkich cząstek materii jest stale taki sam. Azot występuje w materii organicznej przede wszystkim jako składnik białek i kwasów nukleinowych (np. DNA). Obieg węgla jest ściśle powiązany z obiegiem tlenu. Część węgla na pewien czas (czasem na miliony lat) zostaje wyłączona z obiegu – pozostaje w głębi Ziemi lub buduje jej skorupę.
KRĄŻENIE WODY W PRZYRODZIE
Woda - związek wodoru i tlenu - jest na ziemi symbolem życia, gdyż istnieje ono gdziekolwiek się ona pojawi. Woda ze względu na to, iż jest wszechstronnym rozpuszczalnikiem pełni podstawową rolę w transporcie różnych substancji zarówno w obrębie poszczególnych organizmów, jak całych ekosystemów i całej Ziemi. Wielkie masy wód odgrywają także znaczącą rolę w łagodzeniu klimatu. Latem wody są chłodniejsze, wtedy wchłaniają ciepło, natomiast zimą - oddają je przez długi czas.
Jak krąży woda w przyrodzie?
Na ziemi tylko 3% całości zasobów wodnych stanowią wody słodkie, z czego około 1% jest związany w postaci lądolodu w lodach Antarktydy i Grenlandii. Pozostałe 97% to wody słone.
Źródłem pary wodnej w atmosferze jest jej transpiracja z lądu, a także parowanie z powierzchni wód morskich. Woda wraca na powierzchnię ziemi w postaci opadów. Większa jej część spada na powierzchnię lądów, gdyż wilgoć znad oceanów jest transportowana przez wiatr w ich głąb. Część wód opadowych zatrzymują na lądzie jeziora, część zasila istniejące lądolody, pozostała - spływa do mórz w postaci wód powierzchniowych lub gruntowych. Stosunek ilościowy wód gruntowych i powierzchniowych jest ściśle połączony z roślinnością pokrywającą dany obszar. Im roślinność bogatsza, tym więcej wód gruntowych - i odwrotnie, im mniej roślinności tym mniej potoków a także rzek. W ten sposób koło obiegu się zamyka, gdyż spływająca woda z powrotem dostaje się do mórz i oceanów.
KRĄŻENIE AZOTU W PRZYRODZIE
Azot jest pierwiastkiem, którego brak u roślin hamuje wzrost, ogranicza kwitnienie, powoduje żółknięcie liści na skutek braku zdolności do syntezy chlorofilu. Poza tym u zwierząt i ludzi w małych dawkach pobudza układ nerwowy, natomiast w dużych - powoduje silne zatrucie. Duża ilość azotu znajduje się w powietrzu, którego stanowi 78%, niemniej jednak jest on w tej postaci zupełnie niedostępny, gdyż żywy organizm przyswaja go wraz z białkami i innymi substancjami organicznymi, w których jest zawarty. Ze względu na to, iż potrzeba dużej ilości energii by rozerwać cząsteczkę azotu, istnieje tylko kilka dróg wiązania azotu atmosferycznego w związki dostępne dla istot żywych. 5% azotu organizmy żywe uzyskują podczas burzy. Energia błyskawicy rozbija cząsteczki azotu, którego wolne atomy łączą się z tlenem w tlenki azotu, a następnie łączą się z wodą dając azotany. Azotany stanowią odpowiednie źródło azotu dla roślin i innych producentów. Należy tutaj wspomnieć, iż istnieją organizmy żywe, które potrafią wiązać azot bezpośrednio z powietrza - są to prokarionty. W wodach występują np. sinice, które są najdoskonalszymi producentami, gdyż obok azotu przyswajają również węgiel. W glebach żyją bakterie z dwóch odrębnych rodzajów, które zdolne są do przyswajania azotu. Nazywane są one łącznie bakteriami azotowymi lub glebowymi bakteriami azotowymi. Azot przyswojony przez nie wchodzi do obiegu w ekosystemie wraz z materią organiczną ich ciał, tzn. bakterie mogą zostać zjedzone przez np. pierwotniaki lub nicienie. Najbardziej znanym przykładem bakterii azotowych są bakterie brodawkowe, które żyją w ścisłej symbiozie z roślinami z rodziny motylkowatych. Dzięki tym bakteriom są one niezależne od zawartości azotu w glebie. Azot zawarty w białkach, aminokwasach, kwasach nukleinowych i nukleotydach roślin jest wykorzystywany przez zwierzęta i innych konsumentów. Szczątki roślin, zwierząt, grzybów pierwotniaków i prokariontów ulegają bakteryjnemu rozkładowi, w którym azot może zostać uwolniony w postaci amoniaku albo w postaci jonu amonowego. Następnie w warunkach tlenowych wyspecjalizowany rodzaj bakterii utlenia jony amonowe do azotynów, a następnie inny - do azotanów. Obydwa rodzaje tych bakterii nazywamy bakteriami nitryfikacyjnymi. Azot w postaci jonu azotanowego jest przyswajalny dla wszystkich roślin i dziewki temu może krążyć w przyrodzie. Część azotanów środowisko traci na drodze szczególnego rodzaju oddychania beztlenowego bakterii denitryfikacyjnych. Redukują one azotany do azotu cząsteczkowego, który uchodzi do atmosfery.
KRĄŻENIE WĘGLA W PRZYRODZIE
Węgiel wchodzi w skład wszystkich związków organicznych, dlatego jego krążenie w przyrodzie jest prawie jednoznaczne z krążeniem materii w ogóle. Nie można tu jednak zapomnieć, że węgiel istnieje również w postaci związków nieorganicznych, które także mają niebagatelne znaczenie w przyrodzie.
Atmosfera
Pomimo, iż udział procentowy węgla w powietrzu wynosi tylko około 0, 03%, to jego ilość zawarta w całej atmosferze jest znacznie wyższa. Dzięki niemu rośliny mogą przeprowadzać niezbędny do przetrwania proces fotosyntezy. Przyswojony w ten sposób węgiel może dotrzeć do kolejnych konsumentów piramidy troficznej. Sposobów dopływu węgla do atmosfery jest kilka. Jednym z nich - najstarszym - jest proces oddychania żywych organizmów. Również duże ilości CO2 dostają się do atmosfery podczas erupcji wulkanów. Kolejnym sposobem, mającym większe znaczenie dopiero od końca XVIII wieku, jest spalanie paliw kopalnych, czyli przywracanie do atmosfery tego węgla, który został wyłączony z obiegu przed wielu milionami lat. Mało wydajnym sposobem pozyskiwania węgla do atmosfery jest uwalnianie go ze skał węglanowych. Skały takie były od wielu stuleci wypalane w piecach, zwanych wapiennikami, aby uzyskać wapno palone, przede wszystkim do wyrobu zaprawy murarskiej. Obecnie w podobnych celach, ale na nieporównywalnie większą skalę, prowadzą to działanie cementownie.
Wody oceanów
Wody oceanów nie oznaczają w tym rozumieniu tylko rozpuszczalnika dwutlenku węgla, ale dotyczą całego ekosystemu, w którym żyją producenci mikroskopijnych rozmiarów. Na stężenie CO2 w wodzie główny wpływ ma intensywność procesów fotosyntezy, one natomiast zależą od ilości CO2 w wodzie. Należy tutaj dodać, że dwutlenek węgla jest dobrze rozpuszczalny w wodzie, jednakże jego rozpuszczalność zależy od temperatury i zasolenia wody. Stan równowagi zachodzi, gdy stężenie CO2 w wodzie jest wyższe niż w powietrzu.
Rośliny
Stan biomasy całej kuli ziemskiej pozostaje względnie stały, jego zmiany spowodowane są działaniami z zewnątrz. W minionych epokach geologicznych na stan równowagi duży wpływ miały zmiany klimatu. W okresie karbońskim, czyli węglowym, klimat podobny był do dzisiejszego równikowego. Dlatego ówczesna roślinność była wyjątkowo bogata, dzięki czemu powstały ogromne złoża węgla kamiennego. Łączna biomasa roślin, w przeciwieństwie do permu, gdzie klimat był na ogół suchy, była bardzo wysoka. Obecnie na zawartość węgla w roślinach ma wpływ niszczenie przez człowieka np. wielkich połaci lasów tropikalnych, jak również coraz szybszy rozwój miast powodujący zagładę terenów zielonych.
Martwa materia ograniczona
Martwą materię organiczną można odnaleźć w każdym ekosystemie w różnych ilościach. Pochodzi ona z obumierających roślin, jak również szczątków innych organizmów żywych. Współcześnie tylko niewielkie ilości materii organicznej zostają na stałe wyłączone z obiegu węgla. Dotyczy to np. osadów dennych w jeziorach i tworzących się pokładów torfu na torfowiskach. Pomimo, iż materia organiczna ulega z czasem rozkładowi, jej niedobór zostaje natychmiast wyrównany przez nowy jej napływ (przynajmniej w ekosystemach naturalnych). Przykrym zjawiskiem nasilającym się i powszechnym w rolnictwie jest ubytek próchnicy w glebach uprawnych. Węgiel, który był w nich zawarty, obecnie znajduje się w atmosferze.