Introduction

在地球科学中，一个生物地球化学循环，或称物质周转、物质循环，是一条化学物质在生命（生物圈）或无生命（岩石圈、大气圈和水圈）之间流转的路径。一个循环带来一系列地变化，这种变化将回到起点并可以重复。例如，水一直都在水循环之中。水一直在蒸发、冷凝和降水，又回到了地面。元素（化合物）和其他物质形式经过一种有机物至另一种，从生物圈的一部分经生物地球化学循环转变为另一部分。

词汇“生物地球化学”告诉我们涉及到生物的、地质的和化学的因素。化学营养循环如碳、氧、氮、磷、钙和水等经生物的和物理的世界是已知的生物地球化学循环。实际上，元素在一些循环中是循环再利用的，一些地方（称为储藏地）是元素长时间积累或持有之地（例如水在海洋或湖泊）。

最广为人知和重要的生物地球化学循环诸如：

碳循环
氮循环
氧循环
磷循环
硫循环
水循环
岩石循环

许多生物地球化学循环目前作为气候变化而首次研究，并且人类影响力剧烈地改变着速度、强度和这些相对未知循环的平衡。一些最新的地球化学循环包括：

The Mercury Cycle

人为原因的除草剂循环，它可能影响特定的物种。

生物地球化学循环一直围绕着热平衡状态：它是元素在不同物质之间的循环平衡。然而，总体平衡是包含全球范围的物质之间的平衡。作为描述全球物质运动的生物地球化学循环，这些研究本质上是多种学科。碳循环可能涉及生态学和大气科学。生物化学动态也可能涉及地质和土壤学领域。

The Water Cycle

水循环描述水在大地表面、之上和之下的连续运动。地表的总体水量基本是稳定的，但水区分为主要的储量方式——冰、淡水、咸水和大气水则因一系列气候变量而发生变动。水通过物理过程（蒸发、冷凝、降水、下渗、地表径流和地下潜流）从一种储量形式转变为其他，诸如从河水至海水、或者从海水至大气，在这种条件下，水经历不同的阶段：液态、固态（冰）和气态。

水循环涉及能量交换，它导致温度发生变化。比如，水蒸发时，它从周围带走能量并降低了环境温度。当水冷凝时，它释放能量并加热环境。这些热量转换影响气候。循环中的蒸发阶段提纯了水，而后再补充到陆地的淡水资源。液态水和冰的流动全球运移矿物质。同时它还通过侵蚀和沉积过程塑造着大地的地理特征。水循环对于地球上大部分生命和生态系统都至关重要。

太阳驱动水循环，加热海洋水分。水蒸发后以水蒸气形式进入大气。冰雪升华直接成为水蒸气。蒸散是水从植被蒸发以及从土壤中散失。水蒸气的分子式是H2O，它的密度小于大气的主要组分氮气和氧气。由于显著的分子量差异，水蒸气以气体形式在自由大气环境因浮力而升高。然而，因海拔升高，大气压力随之下降，温度也有下滑。较低的温度促使水蒸气冷凝形成小水滴，重于空气，排除上升气流支撑如此便形成降水。这些大气中的小水滴达到很高的浓度后就形成可见的云。若水蒸气在近地面附近它会形成雾，原因在于湿润空气和寒冷空气碰撞或者大气压力的突然下跌。气流带动水蒸气在全球移动，云微粒碰撞、变大，作为降水自上层大气降落下来。一些降水形成雪、冰雹或雨夹雪，可以积累形成冰盖或冰川，这种冰冻水可储量千年。大部分水最终回到海洋，或降水回到大地，水流过地表就形成地表径流。一部分高山峡谷的径流进入河流，并且洪流带动水流向海洋。径流和地表水可能在以淡水形式储存在湖泊。并不是全部径流都流向河流，为数不少的水分会下渗至地面之下。一些水会下渗至地下更深，补充含水层，含水层能够长时间的保存水。一些下渗的水靠近大地表层，可以渗出至地表水体补充地表水。一些地表水又通过地表的通路返回地面形成淡水泉。在河谷和洪水冲击平原通常在表面水和地下水之间有连续的水分交换。随时间流逝，水回到海洋，继续进行水循环。

The Carbon Cycle

碳循环次序是CO2在大气、光合、呼吸、燃烧，碳储存在糖、呼吸和燃烧。

碳循环是生物地球化学循环之一，碳在地球生物圈、土壤圈、岩石圈和大气圈中进行交换。伴随氮循环和水循环，碳循环包含一系列关键的保持地球维持生命的事件；它描述生物圈可循环和可再利用的碳的运动，包括碳沉降。碳发现于1776年，当时Charles Wichmann已经观察了3年的循环。

全球碳收支是碳在多种碳库之间或一个特定循环之间（大气圈和生物圈之间）的收入与支出平衡。一个有效容器的碳收支检验可以回答该有效容器的作用是二氧化碳的源还是汇。

The Nitrogen Cycle

氮循环是生物地球化学循环之一，碳被转换为多种化合物形式，并在大气、陆地和海洋生态系统中循环。碳转换可在生物和物理过程中进行。氮循环重要的过程包含固定、氨化、硝化和反硝化。地球大气的主要成分有78%是氮，它就成为了最大的氮库。然而，大气中的氮却不易被生物利用，导致生态系统许多类型的氮缺乏状况。氮循环是生态学家特别关注的领域，它的利用效率直接影响关键生态系统过程的效率，包括主要生产和分解。人类活动如化石燃料燃烧、氮肥料的人工利用、废水中的氮释放已经剧烈地改变了全球氮循环。

当前的氮元素在环境中广泛地存在于许多化合物中，包含有机氮、氨、亚硝酸盐、硝酸盐、氧化亚氮、一氧化氮或无机氮气。有机氮可能在于一个生命体内、腐殖质或有机物分解的中间物质之中。氮循环过程转换一种形式至另一种。这些过程许多需要配合微生物，或者收割能量或者以为生长必须的形式积累氮元素。