Круговорот веществ объединяет перенос химических элементов и их превращения между организмами и неживыми компонентами среды. Один элемент может последовательно входить в разные соединения. Поэтому круговорот углерода не означает, что неизменная молекула бесконечно проходит один и тот же маршрут.[1]
Резервуары и потоки
Запас показывает количество вещества в выбранном резервуаре, а поток — перенос за единицу времени. В экосистеме резервуарами могут быть биомасса, почва и вода. В глобальном углеродном цикле различают также атмосферу, океан и горные породы с весьма разными временами обмена.[2]
Условный запас в почве равен 100 т углерода, а годовой вынос — 1 т. Это разные величины. Деление запаса на поток может дать условную оценку времени, но её смысл зависит от модели и того, какой именно поток учтён. Число не доказывает, что каждый атом покинет почву через одинаковый срок.
Биологические и геохимические превращения
Организмы включают элементы в органическое вещество, передают их по пищевым связям и возвращают в среду. С процессами жизни взаимодействуют растворение, осаждение, выветривание и перенос водой. Разные циклы связаны, но не имеют одинаковых скоростей и путей.[1]
Энергия при этом не обращается по замкнутому кругу так же, как элементы: при преобразованиях часть рассеивается в виде тепла. Для поддержания процессов необходим источник энергии. Поэтому на схеме экосистемы потоки энергии и круговорот вещества показывают раздельно.
Границы системы и баланс
Локальная экосистема открыта: вещества поступают и выносятся. Условный участок за год получил 12 кг элемента и потерял 9 кг. При полном учёте потоков запас увеличился на 3 кг. Если измеренный запас не согласуется с балансом, проверяют пропущенные потоки и погрешности.
Человеческая деятельность меняет темпы обмена и распределение вещества между резервуарами. Например, сжигание ископаемого топлива переносит углерод из долгоживущих геологических запасов в активный обмен.[2]
Слово «круговорот» не гарантирует быстрого самовосстановления или безграничной способности среды принимать нагрузку. Для прогноза необходимы скорости процессов, доступные формы вещества и выбранный временной масштаб.