Источником поступления микроэлементов во все компоненты природных ландшафтов (почва, вода, воздух, растения, живые организмы) являются первичные минералы исходных пород, преимущественно рудные минералы тяжелых фракций, в меньшей мере породообразующие минералы легких фракций.
За длительную историю существования планеты эти породы претерпели существенные изменения, по-разному проявившиеся в зависимости от их исходного состояния и условий выветривания пород. Они дали основу образовавшимся почвам.
В составе почв микроэлементы частично остались в составе устойчивых в конкретных условиях первичных минералов. Микроэлементы, покинувшие структуру неустойчивых минералов, распределились между основными почвенными компонентами. Для почв характерно присутствие наряду с остаточными первичными минералами продуктов их трансформации — вторичных силикатов и несиликатных (свободных) соединений железа, алюминия, марганца, представленных преимущественно их оксидами, гидроксидами. Возможно присутствие карбонатов в условиях, способствующих их образованию. Также обязательны для почв органические, в том числе гумусовые вещества. Все эти минеральные и органические вещества удерживают ионы микроэлементов с различной прочностью связи. С экологической точки зрения важно, как прочно удерживаются микроэлементы. Прочная связь их с силикатными и несиликатными минералами, с органическими веществами (в структуре названных компонентов) способствует ограничению как водной, так и биогенной миграции микроэлементов. Непрочная связь с этими же компонентами (в обменной, сорбированной, комплексной форме), напротив, обеспечивает их переход в миграционно-способное состояние. Непрочно связанные с почвенными компонентами соединения тяжелых металлов по этой причине называют «подвижными соединениями».
Как и другие химические элементы, микроэлементы присутствуют в почвенном растворе. Находятся они в растворе в форме свободных ионов, аквакомплексов, комплексов с минеральными и органическими лигандами. В составе почвенного воздуха присутствуют соединения ряда микроэлементов (ртуть, мышьяк, селен), образующиеся под влиянием микроорганизмов.
Все группы соединений микроэлементов почвы находятся в постоянном взаимодействии. Выявлены основные географические закономерности формирования системы соединений микроэлементов почвы (Зырин, 1981; Добровольский, 1983).
Микроэлементы — обязательные составляющие всех компонентов природных вод, донных отложений. Формы их нахождения в водах разнообразны: истинно растворимая, коллоидная, взвешенная. К истинно растворимым формам относят фракции < 0, 001 мкм, к коллоидам — фракции 0,001—1 мкм, взвешенные формы представлены фракцией > 1 мкм. Не меньшее разнообразие свойственно истинно растворимым соединениям. Тяжелые металлы и металлоиды присутствуют в водах в форме свободных ионов, ионных пар, аквакомплексов, комплексов с минеральными и органическими лигандами.
Микроэлементы присутствуют в воздухе атмосферы. В его составе они находятся в парогазовой форме, в составе аэрозолей. Аэрозоли представляют собой дисперсные системы, состоящие из мелких частиц, взвешенных в воздухе (пыли, дымы, туманы). Пыль состоит из твердых частиц размером 10—100 мкм, диспергированных в газообразной среде.
Биологическая деятельность микроорганизмов существенно влияет на состояние соединений микроэлементов. Микроорганизмы почвы ассимилируют микроэлементы и активно трансформируют их соединения. Они переводят неорганические элементы питания в органический протоплазматический комплекс микробной клетки, осуществляют реакции окисления и восстановления. Они обеспечивают выделение органических хелатообразующих или комплексообразующих соединений, которые растворяют относительно нерастворимые неорганические вещества или удерживают катионы в растворе. Микроэлементы не только оказываются включенными в состав клеток микроорганизмов, но и находятся в виде труднорастворимых соединений на их поверхности. Так происходит, например, с соединениями железа и марганца.
Биотические и абиотические взаимодействия веществ и потоков энергии в экосистемах, как подчеркивал Ю. Одум (1975), создают саморегулирующийся гомеостаз, для поддержания которого не требуется управления. Эти процессы имеют большое значение для самоочищения загрязненных природных сред.
При поступлении микроэлементов (тяжелых металлов) в окружающую человека среду не из природных, а из антропогенных источников, они распределяются между теми же компонентами почв, вод, воздуха, как это происходит в природных ландшафтах, но исходное соотношение их соединений во всех природных средах при этом существенно изменяется. Избыточные количества загрязняющих веществ вызывают нарушения жизненно важного баланса в природе, что ведет к ограничению (в крайних случаях — к утрате) самоочищающей способности экосистемы в отношении этих веществ, и это представляет реальную опасность для человека.