Кругообіг речовин - багаторазове участь речовин в процесах, що протікають в атмосфері, гідросфері і літосфері, в тому числі в тих шарах, які входять до складу біосфери Землі. Кругообіг речовин здійснюється при безперервному надходженні (потоці) зовнішньої енергії Сонця і внутрішньої енергії Землі.
Залежно від рушійної сили з певною часткою умовності всередині кругообігу речовин можна виділити геологічний, биотический (біогеохімічний) і антропогенний кругообіг [13]. До виникнення людини на Землі здійснювалися тільки перші два.
Геологічний кругообіг (великий круговорот речовин в природі) - круговорот речовин, рушійною силою якого є ендогенні та екзогенні геологічні процеси.
Ендогенні процеси (процеси внутрішньої динаміки) відбуваються під впливом внутрішньої енергії Землі. Це енергія, що виділяється в результаті радіоактивного розпаду, хімічних реакцій утворення мінералів, кристалізації гірських порід і т.д. До ендогенних процесів належать тектонічні рухи, землетрусу, магматизм, метаморфізм. Екзогенні процеси (процеси зовнішньої динаміки) протікають під впливом зовнішньої енергії Сонця. Екзогенні процеси включають вивітрювання гірських порід і мінералів, видалення продуктів руйнування з одних ділянок земної кори і перенесення їх на нові ділянки, відкладення і накопичення продуктів руйнування з утворенням осадових порід. До екзогенних процесів належать геологічна діяльність атмосфери, гідросфери (річок, тимчасових водотоків, підземних вод, морів і океанів, озер і боліт, льоду), а також живих організмів і людини.
Найбільші форми рельєфу (материки і океанічні западини) і великі форми (гори і рівнини) утворилися за рахунок ендогенних процесів, а середні і дрібні форми рельєфу (річкові долини, пагорби, яри, бархани і ін.), Накладені на більш крупні форми, - за рахунок екзогенних процесів. Таким чином, ендогенні і екзогенні процеси протилежні за своєю дією. Перші ведуть до утворення великих форм рельєфу, другі - до їх згладжування.
Магматичні гірські породи в результаті вивітрювання перетворюються в осадові. У рухливих зонах земної кори вони занурюються вглиб Землі. Там під впливом високих температур і тисків вони переплавляються і утворюють магму, яка, піднімаючись на поверхню і застигаючи, утворює магматичні породи.
Таким чином, геологічний круговорот речовин протікає без участі живих організмів і здійснює перерозподіл речовини між біосферою і більш глибокими шарами Землі.
Биотический (біогеохімічний) круговорот (малий кругообіг речовин вбіосфере) - круговорот речовин, рушійною силою якого є діяльність живих організмів. На відміну від великого геологічного, малий биогеохимический круговорот речовин відбувається в межах біосфери. Головним джерелом енергії кругообігу є сонячна радіація, яка породжує фотосинтез. В екосистемі органічні речовини синтезуються автотрофами з неорганічних речовин. Потім вони споживаються гетеротрофами. В результаті виділення в процесі життєдіяльності або після загибелі організмів (як автотрофів, так і гетеротрофів) органічні речовини піддаються мінералізації, тобто перетворюються в неорганічні речовини, які можуть бути знову використані автотрофами для синтезу органічних речовин.
В біогеохімічних круговоротах розрізняють дві частини:
1) резервний фонд - це частина речовини, не пов'язана з жівиміорганізмамі;
2) обмінний фонд - значно менша частина речовини, котораясвязана прямим обміном між організмами і їх безпосереднім оточенням.
Залежно від розташування резервного фонду біогеохімічні кругообіги можна розділити на два типи:
1) кругообіг газового типу з резервним фондом речовин в атмосфері ігідросфере (кругообіг вуглецю, кисню, азоту);
2) кругообіг осадового типу з резервним фондом в земній корі (кругообіг фосфору, кальцію, заліза та ін.).
Кругообіг газового типу більш досконалі, так як мають бóльшим обмінним фондом, а значить, здатні до швидкої саморегуляції. Кругообіг осадового типу менш досконалі, вони більш інертні, так як основна маса речовини міститься в резервному фонді земної кори в «недоступному» живим організмам вигляді. Такі кругообіг легко порушуються від різного роду впливів, і частина обмінюваного матеріалу виходить з кругообігу. Повернутися знову в круговорот вона може лише в результаті геологічних процесів або шляхом вилучення живим речовиною. Однак витягти потрібні живим організмам речовини із земної кори набагато складніше, ніж з атмосфери.
Інтенсивність біотичного кругообігу в першу чергу визначається температурою навколишнього середовища і кількістю води. Так, наприклад, біотичний кругообіг протікає у вологих тропічних лісах інтенсивніше, ніж в тундрі. Крім того, в тундрі біологічні процеси протікають тільки в теплу пору року.
З появою людини виник антропогенний кругообіг, або обмін речовин. Антропогенний кругообіг (обмін) - круговорот (обмін) речовин, рушійною силою якого є діяльність людини. У ньому можна виділити дві складові: біологічну, пов'язану з функціонуванням людини як живого організму, і технічну, пов'язану з господарською діяльністю людей (техногенний круговорот).
Геологічний і биотический кругообіг в значній мірі замкнуті, чого не можна сказати про антропогенний кругообіг. Тому часто говорять не про антропогенний кругообіг, а про антропогенний обміні речовин. Незамкнутість антропогенного кругообігу речовин призводить до виснаження природних ресурсів і забруднення природного середовища, що і є основною причиною всіх екологічних проблем людства.