Между живым и косным компонентами экосистем происходит непрерывный обмен различными элементами, обуславливаемый взаимодействием биологических и геохимических процессов. Около 40 химических элементов, обнаруживаемых в живом веществе, в результате его деструкции попадают во внешнюю среду, в той или иной мере включаются в состав абиотического компонента экосистемы и вновь извлекаются в процессе биосинтеза. Из этих 40 элементов наибольшее значение в живом веществе имеют кислород, водород, углерод, азот, сера и фосфор, входящих в состав белков, жиров и углеводов. По сравнению с неживым компонентом живое вещество более карбоксилировано, гидрогенизировано и гидратировано.
Громадные количества воды проходят через растения и водоросли в процессе обеспечения транспортной функции и испарения. Это приводит к тому, что вода поверхностного слоя океана фильтруется планктоном за 40 дней, а вся остальная вода океана – приблизительно за год. Весь углекислый газ атмосферы обновляется за несколько сотен лет, а кислород за несколько тысяч лет. Ежегодно фотосинтезом в круговорот включается 6 млрд т азота, 210 млрд т фосфора и большое количество других элементов (калий, натрий, кальций, магний, сера, железо и др.). существование этих круговоротов придаёт экосистеме определённую устойчивость
Химические элементы циркулируют в биосфере по определённым путям – биогеохимическим циклам (круговоротам). В такие циклы вовлечены практически все химические элементы и прежде всего те, которые участвуют в построении живой клетки. Так, тело человека состоит из кислорода (62,8, углерода (19,37, водорода (9,31, азота (5,14, кальция (1,38, фосфора (0,64 и ещё примерно из 30 элементов.
В каждом круговороте различают резервный фонд – большую массу медленно циркулирующих веществ, в основном не связанных с организмами, и обменный фонд – меньшую, но более активную часть всей массы, для которой характерен быстрый обмен между организмами и средой. В зависимости от локализации резервного фонда выделяют круговорот газов и осадочный цикл. В первом случае резервных фонд локализован в атмосфере и водной толще, во втором – в донных осадках.
Из многих веществ, участвующих в биогеохимическом круговороте, наибольшее экологическое значение имеют те, которые, с одной стороны являются важнейшими компонентами живого вещества, а с другой – присутствуют в среде в количествах, лимитирующих интенсивность биосинтеза. Это азот, фосфор, сера, углерод. Знание биогеохимических циклов – необходимое условие управления экосистемами, особенно ели учесть, что соли азота и фосфора специально вносят во многие водоёмы для повышения эффективности их хозяйственного освоения.
Морская вода участвует во множестве химических и биохимических преобразований веществ, которые находятся в ней в растворенном, коллоидном и взвешенном виде, в свободном состоянии и в различных соединениях. Гидросфера в целом служит средой и могучим транспортным средством в сложных изменениях и перемещениях химических элементов, происходящих в биосфере и литосфере.
