碳循环
碳是构成生物原生质的基本元素,虽然它在自然界中的蕴藏量极为丰富,但绿色植物能够直接利用的仅仅限于空气中的二氧化碳(CO2)。生物圈中的碳循环主要表现在绿色植物从空气中吸收二氧化碳,经光合作用转化为葡萄糖,并放出氧气(O2)。在这个过程中少不了水的参与。有机体再利用葡萄糖合成其他有机化合物。碳水化合物经食物链传递,又成为动物和细菌等其他生物体的一部分。生物体内的碳水化合物一部分作为有机体代谢的能源经呼吸作用被氧化为二氧化碳和水,并释放出其中储存的能量。由于这个碳循环,大气中的CO2大约20年就完全更新一次。
② 氮循环
在自然界,氮元素以分子态(氮气)、无机结合氮和有机结合氮三种形式存在。大气中含有大量的分子态氮。但是绝大多数生物都不能够利用分子态的氮,只有象豆科植物的根瘤菌一类的细菌和某些蓝绿藻能够将大气中的氮气转变为硝态氮(硝酸盐)加以利用。植物只能从土壤中吸收无机态的铵态氮(铵盐)和硝态氮(硝酸盐),用来合成氨基酸,再进一步合成各种蛋白质。动物则只能直接或间接利用植物合成的有机氮(蛋白质),经分解为氨基酸后再合成自身的蛋白质。在动物的代谢过程中,一部分蛋白质被分解为氨、尿酸和尿素等排出体外,最终进入土壤。动植物的残体中的有机氮则被微生物转化为无机氮(氨态氮和硝态氮),从而完成生态系统的氮循环。
氧循环
动植物的呼吸作用及人类活动中的燃烧都需要消耗氧气,产生二氧化碳,但植物的光合作用却大量吸收二氧化碳,释放氧气,如此构成了生物圈的氧循环(氧循环和碳循环是相互联系的).　氧在各圈层中的浓度如下(括号内数字为元素的丰度次序):地球整体:28.5%(2)地壳:46.6%(1)海洋:总量85.8%(1)溶解氧量,15℃时为6mg/kg(13)大气:23.2%(2)所有元素中,唯有氧是同时在地壳、大气、水圈和生物圈中都有着极大丰度的元素。因此,在生物界和非生物界,元素氧都有着极端重要的地位。按照化合物形态,氧的各种化合物在地球表面的丰度排列次序如表2-3所示。列于首位的无机氧主要是指岩石硅酸盐中所含氧。表中还列举了氧在各储层中含有量的估计值。在地壳中,形成岩石的矿物质中约95%是硅酸盐,其主要结构单元是四面体的[SiO44-]。其余5%的组分也大多含有氧元素,如石灰岩中碳酸盐(CO32-)、蒸发岩中硫酸盐(SO42-)、磷酸盐岩石中的磷酸盐(PO43-)等。氧的离子半径是140pm(1pm=10-12m),除钙(100pm)、钠(102pm)、钾(138pm)外,地壳岩石中其他主要元素的离子半径都小于80pm。正因为氧具有特别大的离子半径,所以以体积计的地壳元素组成中,氧占了极大的比例。当SiO44-这类含氧基团在岩石发生风化碎裂时,通常仍能以不变的原形进入地球化学循环,即随水流迁移到海洋,进入海底沉积物,甚至重新返回陆地。因此,地壳中存在的氧可看成是化学惰性的。大气中的氧主要以双原子分子O2形态存在,并且表现出很强的化学活性。这种化学活性足以影响能与氧生成各种化合物的其他元素(如碳、氢、氮、硫、铁等)的地球化学循环。