С точки зрения биосферы как целого, биогеохимические циклы распадаются на две группы: осадочный тип, примером которого является цикл серы, и газовый тип, представленный азотным циклом.
В этом цикле большим резервуаром является атмосфера и она же служит «предохранительным клапаном» системы. Азот непрерывно извлекается из этого большого резервуара и возвращается в быстро оборачивающееся хранилище, связанное с организмами. В процессах денитрификации и фиксации азота в одинаковой мере принимают участие биологические и небиологические механизмы. Последние превращают азот воздуха, не пригодный для автотрофов, в нитраты, которые могут ими использоваться. Здесь, как и в случае с циклом серы, ведущую роль играют специфические организмы. Так, например, фиксировать азот могут лишь немногие виды бактерий и сине-зеленых водорослей, которые, к счастью, в некоторых системах весьма многочисленны. Этой способностью не обладает ни одно высшее растение или животное. Бобовые растения могут фиксировать азот лишь благодаря наличию специализированных бактерий, живущих в их корнях. Саморегулирующиеся механизмы обратной связи делают цикл азота, как и другие циклы газового типа (например, цикл углерода или воды), относительно совершенным, в смысле захвата больших пространств биосферы. Любое ускорение движения в одном направлении быстро компенсируется приспособляемостью по другим путям. Локально, однако, азот часто становится лимитирующим для биологической системы либо потому, что восстановление (иными словами, переход от недоступного к доступному) идет слишком медленно, либо потому, что обнаруживается чистая потеря из местной системы.
Большая часть питательных веществ более привязаны к земле, чем азот. Их циклы менее совершенны и соответственно этому легче могут быть разорваны человеком. Хорошим примером осадочного цикла чрезвычайно большой важности может служить цикл фосфора. Фосфор необходим почти для всех основных превращений энергии, отличающих живую протоплазму от неживых систем. Этот элемент, с точки зрения биологической потребности в нем, относительно редко встречается на Земле. Организмы выработали много приспособлений для улавливания этого элемента, вследствие чего концентрация фосфора на 1 г биомассы обычно во много раз превышает концентрацию его в окружающей среде (например, в воде). В книге данной серии «Клеточная структура и функция» дана схема великолепной и эффективной работы аденозинфосфатной системы в клетке для сохранения как энергии, так и вещества. Хотя запас оборачивающегося фосфора и окружает организм и местные биогеохимические системы, тем не менее наблюдается тенденция к медленному снижению фосфорного запаса в результате процессов эрозии и образования осадков. В масштабах большого времени возврат или замена получаются в результате как физических, так и физиологических процессов. Выветривание горных пород, воздушная пыль, вулканические газы (иными словами, естественные осадки) и некоторые количества, соленых заплесков, подхватываемых ветром, — таковы пути передвижения вещества в высотном направлении. Вертикальная циркуляция глубоких вод в океане, переносящая фосфор из лишенных света глубин в зону фотосинтеза, представляет важный процесс механизма возврата. Рыбоядные птицы, дающие гуано, выделяющие ежегодно тонны фосфора на свои гнездовья у западного побережья Южной Америки, служат примером агентов в обратном биологическом циклировании. Хётчинсон в 1948 году показал, что возвращение фосфора из моря на сушу в виде рыб, пойманных птицами и человеком, далеко немаловажно. В хорошо упорядоченной системе, как, например, в коралловом рифе, поражают многочисленные биологические механизмы, которые делают чистые потери вещества минимальными, возможно не превышающими те, что возвращаются при помощи естественных процессов. Однако в целом ряде районов человек так увеличил скорость эрозии, что одностороннее передвижение фосфора в огромные недоступные хранилища, глубоководные океанические отложения, чрезвычайно возросло. Хётчинсон считает, что в настоящее время естественные пути возврата совершенно недостаточны для компенсации идущих под гору потерь. В данный момент земледелец не должен особенно беспокоиться, так как он обладает возможностью использовать значительные резервы фосфорных пород и с их помощью возмещать потери. Однако в будущем, вероятно, придется улучшить задержку фосфора в пределах управляемых человеком систем и извлекать вещества из глубин моря. Очевидно, для этой цели будет использована атомная энергия.
Жизненное значение имеет состояние стабильности и скорости изменения этого состояния, независимо от того, имеют ли дело с биологическими единицами или с неорганическими веществами. Главное иметь в виду соотношение между количествами, структурой (иными словами, распределением в пространстве) и скоростями. Понять природу, а следовательно, и управлять ею можно лишь при максимуме информации о всех этих обстоятельствах.