生物地球化学的循環

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生物地球化学的循環(せいぶつちきゅうかがくてきじゅんかん、: Biogeochemical cycle)は、生態学地球科学において、生態系の生物や無生物を循環する元素分子の循環経路を指す用語。全体として元素は再利用されるが、循環経路の中には元素が長時間に渡って蓄積される部分も含まれる。

水循環のモデル図

生命体内のあらゆる元素は、生物地球化学的循環の一部である。生命体の一部としてだけでなく、水(水圏)や陸(岩圏)や大気(大気圏)といった無生物的なものも循環経路に含まれる。地球上の生物的要因は生物圏として集合的に参照される。炭素、水素、酸素、窒素といった元素やそれらで構成される分子などは、生態系内の各生命体が構成する閉鎖系で使われる。すなわち、それらの物質は開放系として、失われたり、補給されたりしているのではなく、再利用されている。太陽は光の形で地球上に常にエネルギーを与え、それが食物連鎖において使われたり、熱という形で失われたりする。

地球上の物質は、太陽光のように常に補給されているわけではない。ごく稀な隕石以外に物質を外から補給されることはなく、現に地球上にある物質が存在しているだけである。そのため、地球上の物質はあらゆる場面で再利用されている。そのような物質の循環には生物圏も、水圏/岩圏/大気圏も関わっている。「生物地球化学的」という言葉の、「生物」は生物圏を意味し、「地球」は水圏/岩圏/大気圏を意味する。「化学的」はもちろん、その循環する化学物質を指している。

化学物質は、時には長い間同じ場所に保持されることもある。このような場所を貯蔵所(reservoir)と呼び、例えば石炭の鉱床は炭素を長い間貯蔵している。短期間しか同じ所に留まらない化学物質は、交換プール(exchange pools)にあると言える。一般に、貯蔵所は非生物的要因であり、交換プールは生物的要因である。交換プールの例として動物や植物があり、それらは炭素を一時的に利用し、空気中などの周辺の媒体にそれを放出する。炭素が植物や動物の体内に留まっている期間は、石炭鉱床と比較すると短い。ある化学物質が1つの場所に保持される期間を、滞留時間(residence time)と呼ぶ。

生物地球化学的循環は、常に平衡状態、すなわち部分間の元素循環におけるバランスのとれた状態にある。

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