（第一节）碳循环
在自然界中，碳循环的基本过程是：大气中的二氧化碳（CO2）被陆地与海洋中的植物吸收，经过生物或地质过程以及人类活动以后，又以二氧化碳的形式返回大气中。
一、有机体与大气之间的碳循环绿色植物从空气中获得二氧化碳，通过光合作用转化为葡萄糖，再综合成为植物体的碳化合物，通过食物链的传递，成为动物体的碳化合物。植物与动物的呼吸作用把摄入体内的一部分碳转化为二氧化碳释放入大气，另一部分则组成生物的机体或在机体内贮存。动、植物死后，残体中的碳，经过微生物的分解作用也成为二氧化碳而最终排入大气。大气中的二氧化碳这样循环一次约需20年。
一部分（约千分之一）动、植物残体在被分解之前即被沉积物所掩埋而成为有机沉积物。这些沉积物经过悠久的时间，在热能与压力作用下转变成矿物燃料——煤、石油与天然气等。当它们在风化过程中或作为燃料燃烧时，其中的碳氧化成为二氧化碳排入大气。
二、大气与海洋之间的二氧化碳交换二氧化碳可由大气进入海水，也可由海水进入大气。此种交换发生在气与水的界面处，由于风与波浪的作用而加强。这两个方向流动的二氧化碳量大致相等，大气中二氧化碳量增多或减少，海洋吸收的二氧化碳量也随之增多或减少。
三、碳质岩石的形成与分解大气中的二氧化碳溶解在雨水与地下水中成为碳酸，碳酸能把石灰岩变为可溶态的重碳酸盐，并被河流输送到海洋中。海水中的碳酸盐与重碳酸盐含量是饱和的，接纳新输入的碳酸盐，便有等量的碳酸盐沉积下来。经过不同的成岩过程，又形成石灰岩、白云石与碳质页岩。在化学与物理作用（风化）下，这些岩石被破坏，所含的碳又以二氧化碳的形式释放入大气中。火山爆发也可使一部分有机碳与碳酸盐中的碳再次加入碳的循环。碳质岩石的破坏，在短时期内对循环的影响虽不大，但对几百万年中碳量的平衡却是重要的。
四、人类活动的干预人类燃烧矿物燃料以获得能量时，产生大量的二氧化碳。从1949年到1969年，由于燃烧矿物燃料以及其他工业活动，二氧化碳的生成量估计每年增加4.8％。其结果是大气中二氧化碳浓度升高。这样就破坏了自然界原有的平衡，可能导致气候异常。矿物燃料燃烧生成并排入大气的二氧化碳有一小部分可被海水溶解，但海水中溶解态二氧化碳的增加又会引起海水中酸碱平衡与碳酸盐溶解平衡的变化。
矿物燃料的不完全燃烧会产生少量的一氧化碳。自然过程也会产生一氧化碳。一氧化碳在大气中存留时间很短，主要是被土壤中的微生物所吸收，也可经过一系列化学或光化学反应转化为二氧化碳。
（第二节）氮循环
在自然界中，氮是比较丰富的元素，主要以氮气（N2）的形式存在于大气中，以有机氮的形式存在于沉积物中，以溶解氮的形式存在于海水中。这三种氮的量的变动都很小。其他形态的氮则不停地进行着复杂的流动与交换，而且受人类活动的强烈影响。
一、生态系统中的氮循环氮气占大气总体积的78％以上。氮在大气中主要以氮的分子态存在，还以氨（NH3）、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）等氮的化合态的形式存在。这些化合态的氮在云、气溶胶粒子、雨滴中转化为铵（NH＋4）与硝酸根（NO-3），随降水降落地面。大气中的氮气与氧气可在雷电作用下反应生成硝酸根离子。土壤与水体中某些细菌与微生物也可吸取大气中的氮，并把它与氢结合成为氨。这样生成的氨以及大气中降落的铵类化合物在微生物的硝化作用下，最终变为硝酸盐。硝酸盐很容易被植物根系吸收，在植物体内合成多种有机化合物如蛋白质。然后经过食物链的传递成为动物体的蛋白质。动、植物死亡后，残体被微生物分解，氮又以氨的形式回到土壤与水体中。动物排出的粪便含尿素与氨，尿素也可被微生物转变为氨。
土壤中的硝酸盐在微生物的反硝化作用下还原为氮与一氧化二氮（N2O，俗称“笑气”）而逸入大气中。氨也可由于挥发而进入大气。土壤中的硝酸盐与氨极易溶于水，所以很容易随地表径流与地下水排入水体中。
二、人类活动的干预这里干预指人为的固氮作用，即化学氮肥的生产与应用，大规模种植豆科植物等有生物固氮能力的作物，以及燃烧矿物燃料生成一氧化氮与二氧化氮。人为的固氮量是很大的，估计约占全球年总固氮量的20%～30％。随着世界人口的增多，这一比例将会继续上升。
农田大量施用氮肥，使排入大气的一氧化二氮不断增多。在没有人为干预的自然条件下，反硝化作用产生并排入大气的氮气与一氧化二氮，和生物固氮作用吸收的氮气与平流层中被破坏的一氧化二氮是相平衡的。一氧化二氮是一种惰性气体，在大气中可存留数年之久。它进入平流层大气中以后，会消耗其中的臭氧，从而增加到达地面的紫外线辐射量。这可能会给人体健康带来有害影响，对此现今还不很清楚。
施用氮肥的农田排出的地面径流，城市与农村的生活污水都把大量的氮排入河流、湖泊与海洋，常常造成这些水体的富营养化现象。
矿物燃料燃烧时，空气中与燃料中的氮在高温下和氧反应而生成氮氧化物（一氧化氮与二氧化氮）。大气受到氮氧化物的污染，是发生光化学烟雾与酸雨的一个重要原因。
（第三节）磷循环
在自然界中，磷循环的基本过程是：岩石与土壤中的磷酸盐由于风化与淋溶作用进入河流，然后输入海洋并沉积于海底，直到地质活动使它们暴露于水面，再次参加循环。这一循环需若干万年才能完成。
在这个循环中，存在两个局部的小循环，即陆地生态系统中的磷循环与水生生态系统中的磷循环。人类开采磷矿石，制造与使用磷肥、农药与洗涤剂，以及排放含磷的工业废水与生活污水，都对自然界的磷循环发生影响。
一、陆地生态系统的磷循环岩石的风化向土壤提供了磷。植物经过根系从土壤中吸收磷酸盐。动物以植物为食物而得到磷。动、植物死亡后，残体分解，磷又回到土壤中。在未受人为干扰的陆地生态系统中，土壤与有机体之间几乎是一个封闭循环系统，磷的损失是很少的。
二、水生生态系统的磷循环陆地生态系统中的磷，有一小部分由于降雨冲洗等作用而进入河流、湖泊中，然后归入海洋。在水生生态系统中，磷首先被藻类与水生植物吸收，然后经过食物链逐级传递。水生动、植物死亡后，残体分散，磷又进入循环。进入水体中的磷，有一部分可能直接沉积于深水底泥，从此不参加这一生态循环。此外，人类渔捞与鸟类捕食水生生物，使磷回到陆地生态系统的循环中。
三、人类活动的干预人类种植的农作物与牧草，吸收土壤中的磷。在自然经济的农村中，一方面从土地上收获农作物，另一方面把废物与排泄物送回土壤，保持着磷的平衡。
但商品经济发展后，不断地把农作物与农牧产品运入城市，城市垃圾与人畜排泄物往往不能返回农田，而是排入河道，输往海洋。这样农田中的磷含量便逐渐减少。为补偿磷的损失，必须向农田施加磷肥。在大量使用含磷洗涤剂后，城市生活污水含有较多的磷，某些工业废水也含有丰富的磷，这些废水排入河流、湖泊或海湾，使水中含磷量增高。这是湖泊发生富营养化与海湾出现赤潮的主要原因。
（第四节）硫循环
硫在自然界中循环的基本过程是：陆地与海洋中的硫经过生物分解、火山爆发等进入大气；大气中的硫经过降水与沉降、表面吸收等作用，回到陆地与海洋；地表径流又带着硫进入河流，输往海洋，并沉积于海底。
在人类开采与利用含硫的矿物燃料与金属矿石的过程中，硫被氧化成二氧化硫（SO2）与还原成硫化氢（H2S）进入大气。硫还随着酸性矿水的排放而进入水体或土壤。
一、自然界的硫循环陆地上火山爆发，使地壳与岩浆中的硫以硫化氢、硫酸盐与二氧化硫的形式排入大气。海底火山爆发排出的硫，一部分溶于海水，一部分以气态硫化物逸入大气。陆地与海洋中的一些有机物质由于微生物分解作用，向大气释放硫化氢，其排放量随季节而异，温热季节高于寒冷季节。海洋波浪飞溅使硫以硫酸盐气溶胶形式进入大气。
陆地植物可从大气中吸收二氧化硫。陆地与海洋植物从土壤与水中吸收硫。吸收的硫组成植物本身的机体。植物残体通过微生物分解，硫成为硫化氢逸入大气。
大气中的二氧化硫与硫化氢通过氧化作用形成硫酸根（SO2-4），随降水降落到陆地与海洋。二氧化硫与硫酸根离子还可由于自然沉降或碰撞而被土壤与植物或海水所吸收。由陆地排入大气的二氧化硫与硫酸根离子可迁移到海洋上空，沉降入海洋。同样，海浪飞溅出来的硫酸根离子也可迁移沉降到陆地上。陆地岩石风化释放出的硫可通过河流输送入海洋。水体中硫酸盐的还原是由各种硫酸盐还原菌进行反硫化过程完成的。在缺氧条件下，硫酸盐作为受氢体而转化为硫化氢。
二、人类活动的干预人类燃烧含硫矿物燃料与柴草、冶炼含硫矿石，会释放大量的二氧化硫。石油炼制释放的硫化氢在大气中很快氧化为二氧化硫。这些活动使城市与工矿区的局部地区大气中二氧化硫浓度大为升高，对人与动植物有伤害作用。二氧化硫在大气中氧化成为硫酸根离子，是形成酸雨与降低能见度的主要原因。
（第五节）水循环
水是生命之源，是一切生命机体的组成物质，也是生命代谢活动所必需的物质，又是人类进行生产活动的重要资源。
地球上的水分布在海洋、湖泊、沼泽、河流、冰川、雪山，以及大气、生物体、土壤与地层。水的总量约为1.41×1018立方米，其中97％在海洋中，约覆盖地球总面积的70％。陆地上、大气与生物体中的水只占很少一部分。
水，大家都不陌生。那么，自然界中的水是怎样循环的呢？在太阳能与地球表面热能的作用下，地球上的水不断被蒸发成为水蒸汽，进入大气。水蒸汽遇冷又凝聚成水，在重力的作用下，以降水的形式落到地面，这个周而复始的过程，称为水循环。
一、水的大循环与小循环水循环分为大循环与小循环。从海洋蒸发出来的水蒸汽，被气流带到陆地上空，凝结为雨、雪、雹等落到地面，一部分被蒸发返回大气，其余部分成为地面径流或地下径流等，最终回归海洋。此种海洋与陆地之间水的往复运动过程，称为水的大循环。仅在局部地区（陆地或海洋）进行的水循环称为水的小循环。环境中水的循环是大、小循环交织在一起的，并在全球范围内与在地球上各个地区内不停地进行着。
二、水循环的形成与影响因素形成水循环的内因是水在通常环境条件下气态、液态、固态易于转化的特性，外因是太阳辐射与重力作用，为水循环提供了水的物理状态变化与运动的能量。地球上的水分布广泛，贮量巨大，是水循环的物质基础。由于地球上太阳辐射的强度不均匀，不同地区的水循环的情况也就不相同。如在赤道地区太阳辐射强度大，降水量一般比中纬地区多，尤其比高纬地区多。
影响水循环的因素很多。自然因素主要有气象条件（大气环流、风向、风速、温度、湿度等）与地理条件（地形、地质、土壤、植被等）。人为因素对水循环也有直接或间接的影响。
三、人类活动的干预人类活动不断改变着自然环境，越来越强烈地影响水循环的过程。人类构筑水库，开凿运河、渠道、河网，以及大量开发利用地下水等，改变了水的原来径流路线，引起水的分布与水的运动状况的变化。农业的发展，森林的破坏，引起蒸发、径流、下渗等过程的变化。城市与工矿区的大气污染与热岛效应也可改变本地区的水循环状况。
人类生产与消费活动排出的污染物经过不同的途径进入水循环。矿物燃料燃烧产生并排入大气的二氧化硫与氮氧化物，进入水循环能形成酸雨，从而把大气污染转变为地面水与土壤的污染。大气中的颗粒物也可经过降水等过程返回地面。土壤与固体废物受降水的冲洗、淋溶等作用，其中的有害物质经过径流、渗透等途径，参加水循环而迁移扩散。人类排放的工业废水与生活污水，使地表水或地下水受到污染，最终使海洋受到污染。
水在循环过程中，沿途携带的各种有害物质，可由于水的稀释扩散，降低浓度而无害化，这是水的自净作用。但也可能由于水的流动交换而迁移，造成其他地区或更大范围的污染。