Источник углерода живого вещества планеты — углекислота, находящаяся в атмосфере и растворенная в гидросфере.
В составе газов атмосферы содержится 0,03% СО2, что составляет общую массу углекислоты 2,1 • 1012 т, а в гидросфере — 1,3 • 1014 т, т. е. почти в 100 раз больше. Первый этап углеродного биохимического цикла — ассимиляция углекислоты из атмосферы и гидросферы — осуществляется путем фотосинтеза, в котором участвуют высшие и низшие организмы. По Перельману (1972), ежегодно при фотосинтезе поглощается из атмосферы 2 • 1010 и из гидросферы — 1,55 • 1011 т, а всего ассимилируется 1,7•1011 т углерода; несколько меньше последняя цифра у П. Дювиньо и М. Танга (1968) — 5•1010 т, близкую величину — 6,5•1010 т — приводит В. А. Успенский (1970).
Доля участия в фотосинтезе микроскопических организмов — преимущественно разнообразных одноклеточных водорослей, несмотря на их общую малую биомассу, весьма значительна. Так, по многочисленным данным, общая масса фитопланктона в океане 0,17 млрд. т, масса наземных растений суши — 1770 млрд. т, т. е. в 525 раз больше. Однако вследствие почти ежесуточной регенерации фитопланктона его ежегодная продуктивность превышает биомассу в 328 раз и составляет 55 млрд. т/год сухого вещества; растительность суши, представленная преимущественно высшими растениями, продуцирует ежегодно лишь 121,6 млрд. т, что в 14,5 раза меньше их общей биомассы (Богоров, 1969). Исключение составляют одноклеточные водоросли пресноводных водоемов и почв; продукция почвенных водорослей колеблется от 50 до 1500 кг/га в год и превышает их биомассу в 5—330 раз (Голлербах, Штина, 1979).
Автотрофные организмы фитопланктона морей и пресных водоемов представлены преимущественно одноклеточными водорослями: диатомовыми (Baeillariophyta), перидиниевыми и синезелеными (Cyanophyta). Диатомовые преобладают в холодных пресных и морских водах, а. синезеленые особенно обильны в пресных водах, в опресненных заливах; с массовым развитием одного из видов синезеленых — Thichodesmiuin erythreum, придающих воде красноватый оттенок, связывают название Красного моря. Обилие зеленых и синезеленых водорослей в пресноводных водоемах в периоды массового размножения также определяет цвет воды.
Суммарная продукция фитопланктона получается в результате ассимиляции углерода фитопланктоном морских и пресноводных водоемов, а также наземными почвенными водорослями (зелеными, желто-зелеными, диатомовыми, синезелеными), ежегодная продукция последних составляет от 1 до 15 ц/га (Штина, 1960; Маркина, 1976; и др.).
В настоящее время не учитывается эффект фотосинтезирующей деятельности альгофлоры областей современного оледенения. Поверхность снега и льда в Гренландии, на Шпицбергене, в Антарктиде и в областях горного оледенения, на Тянь-Шане, Памире, Кавказе, Альпах и других горных системах населена разнообразной водорослевой микрофлорой (Коль, 1968; Маркин, 1981; и др.); в водорослевых нивальных ценозах имеются представители зеленых — Scotiella granulosa (Шпицберген), снежная хламидомонада (Chlamydomonas nivalis); синезеленых водорослей — Anabaena, Calothrix, Gloeocapsa (Кавказ)] и др.; с увеличением абсолютной высоты сохраняются лишь синезеленые из родов Oscillatoria, Phormidium, Calothrix, найденные на ледниках и фирновых полях Памира на высотах более 6500 м над ур. моря (Маркин, 1981). От «цветения» нивальных водорослей снег становится красным или желтым. При определении величины фотосинтеза на высоте 2700— 2900 м над уровнем моря (Памир, июль 1969 г.) было установлено, что органического вещества в красном снегу образуется в среднем 3,5 мг/м2 сут. (Романенко, 1971). Эта величина мала, но поскольку площадь современного оледенения составляет 16,2 млн. км2 — более 10% всей суши Земли, то суммарный эффект может быть весьма заметным, так как ассимилированный нивальными водорослями углерод при таянии снега и льда обогащает органическим веществом мелкоземистые фракции ледниковых и флювиогляциальных отложений.
В процессе жизнедеятельности автотрофы расходуют на нужды дыхания существенную часть синтезированного органического вещества, преобразуя органический углерод в углекислоту и возвращая ее в атмосферу.
Суммарное количество углекислоты, занятой ежегодно в автотрофном «жизненном» (по В. И. Вернадскому) цикле СO2 — живое вещество, равно 6,57•1011 т; количество углекислоты, отвечающее годовой продукции автотрофов, — 2,4•1011 т, или 37,6% суммарной массы участвующего в этом цикле углерода, следовательно, большая часть его снова уходит в атмосферу и гидросферу (Успенский, 1970).