Na krążenie (obieg) pierwiastków w przyrodzie składają się poszczególne cykle biogeochemiczne. Określenie „cykl biogeochemiczny” pochodzi od greckich słów: kyklos – koło; bíos – życie; gē – ziemia i chēmeía – magia. Oznacza ono sposób, w jaki pierwiastki – dzięki różnym reakcjom i procesom – krążą w ekosferzeekosferaekosferze między organizmami a środowiskiem nieożywionym. Najważniejsze biologicznie są cykle pierwiastków biogennych: węgla (C), wodoru (H), azotu (N), tlenu (O), fosforu (P) oraz siarki (S). Pierwiastki te nieustannie przemieszczają się w ekosystemach i między nimi. Cykle biogeochemiczne mogą mieć zakres lokalny lub globalny, a głównym czynnikiem napędzającym obieg pierwiastków w przyrodzie jest energia słoneczna.

Cykl lokalny (sedymentacyjnysedymentacjasedymentacyjny) dotyczy pierwiastków mniej aktywnych chemicznie, które nie mają możliwości przemieszczania się na duże odległości i krążą głównie w obrębie pojedynczego ekosystemu (np. fosfor, żelazo).

W cyklu globalnym biorą udział pierwiastki, mogące występować w formie gazowej (np. węgiel, azot), dzięki czemu krążą po całej planecie.

Cykl biogeochemiczny określa się mianem cyklu pełnego, gdy dany pierwiastek powraca do środowiska z taką samą szybkością, z jaką jest pobierany.

O cyklu niepełnym mówi się wówczas, gdy część zasobów pierwiastka jest nieprzyswajalna dla żywych organizmów i nie bierze udziału w krążeniu.

Krążenie materii wiąże się z przepływem energii przez ekosystemy oraz jej utratą, głównie w postaci ciepła.

Hydrosfera obejmuje wszystkie rodzaje wody na planecie: słodką i słoną, naziemną i podziemną, a także wodę zawartą w powietrzu, organizmach i glebie. Krążenie wody jest dobrym przykładem cyklu biogeochemicznego, choć dotyczy cząsteczki, a nie pierwiastka. Woda krąży zarówno w cyklu globalnym, jak i w mniejszych cyklach lokalnych.

Przykładem cyklu lokalnego jest obieg fosforu. Występujący w glebie fosfor jest przyswajany przez bakterie fosforowe, a rozpuszczony w toni wodnej – przez plankton, dzięki czemu staje się dostępny dla roślin i zwierząt. Fosfor wbudowany w tkanki organizmów żywych, po ich obumarciu, wraca do gleby i środowiska wodnego dzięki reducentom. Produkty rozpadu organizmów morskich tworzą osady, kumulujące się od kilkuset milionów lat w postaci skał osadowych. Także w tym przypadku działalność człowieka wpływa na obieg – osady fosforytów wykorzystywane są do pozyskiwania kwasu fosforowego przy produkcji nawozów sztucznych, dzięki czemu straty fosforu w glebie spowodowane uprawą zostają uzupełnione. Jednak nadmierne stosowanie tego typu nawozów może prowadzić do wymywania nawozów sztucznych z gleb do wód. Dodatkowo związki fosforu pochodzące m.in. z proszków do prania usuwane są do ścieków przez zakłady przemysłowe i gospodarstwa domowe, co prowadzi do ich kumulacji w wodach.

Za globalne krążenie materii odpowiada wiele czynników. Na przykład obieg węgla zależy od energii Słońca, przyciągania ziemskiego i łańcuchów pokarmowych. Głównym czynnikiem napędzającym cykl węglowy jest energia promieni słonecznych, wykorzystywana przez producentów podczas fotosyntezy i zamieniana w tym procesie w energię wiązań chemicznych związków organicznych.

Grawitacja też wpływa na przebieg cykli – choćby tak, że pod jej wpływem martwe szczątki opadają na glebę lub dno zbiorników, gdzie mogą być rozkładane przez destruentów (reducentów).

Innym przykładem cyklu globalnego jest obieg azotu. To pierwiastek ważny dla organizmów, gdyż buduje aminokwasy, białka i kwasy nukleinowe.

Działalność człowieka przyspieszyła obieg pierwiastków, nawet kilkadziesiąt razy. Przyczyniają się do tego głównie spalanie paliw kopalnych, przekształcanie ekosystemów lądowych, produkcja cementu oraz wydobywanie minerałów i ich wykorzystywanie w rolnictwie.

Cykle biogeochemiczne mają wpływ m.in. na klimat. Przykładem jest emisja tzw. gazów cieplarnianych (głównie dwutlenku węgla, metanu, tlenków azotu, ozonu, freonów) skutkująca efektem cieplarnianym, czyli wzrostem temperatury powierzchni planety oświetlanej przez promieniowanie gwiazdy. 

Dzieje się to według następującego schematu: promieniowanie słoneczne docierające do powierzchni Ziemi jest przez nią pochłaniane (niewielka część zostaje odbita) i zamieniane w ciepło. Z kolei ogrzana powierzchnia Ziemi emituje promieniowanie, które w dużym stopniu jest pochłaniane przez atmosferę (głównie przez cząsteczki pary wodnej, dwutlenku węgla oraz kropelki wody w chmurach). Energia przekazana atmosferze jest przez nią wypromieniowywana głównie z powrotem w stronę powierzchni Ziemi (tzw. promieniowanie zwrotne), a częściowo w przestrzeń kosmiczną. Promieniowanie zwrotne jest podstawową przyczyną występowania efektu cieplarnianego.

Wskutek gospodarczej działalności człowieka stopniowo zwiększa się stężenie w atmosferze substancji absorbujących długofalowe promieniowanie ziemskie. Może to spowodować pogłębianie się efektu cieplarnianego, wzrost temperatury i zmianę klimatu na kuli ziemskiej.

Słownik