Ο κύκλος του οξυγόνου μέσω ενός οικοσυστήματος

Το ατμοσφαιρικό οξυγόνο απαιτείται από όλα τα χερσαία και υδρόβια φυτά και ζώα για αναπνοή: την ανάλυση των οργανικών ενώσεων για άνθρακα και ενέργεια απαραίτητη για την κυτταρική συντήρηση και ανάπτυξη. Στη συνέχεια, τα φυτά και τα ζώα επιστρέφουν το οξυγόνο στην ατμόσφαιρα, το έδαφος ή το νερό, αν και υπάρχουν πολλές οδοί για τη λήψη οξυγόνου, κυρίως αλληλεπιδρώντας με άλλα μόρια στο έδαφος και το νερό.

Η ατμόσφαιρα της Γης έχει συγκέντρωση οξυγόνου 21 τοις εκατό και το στοιχείο περιστρέφεται γρήγορα μεταξύ φυτών, ζώων και ατμόσφαιρας μέσω της φωτοσύνθεσης και της αναπνοής. Στο νερό, το οξυγόνο κινείται πολύ πιο αργά, έτσι η κατανάλωση οξυγόνου μέσω της αναπνοής συχνά υπερβαίνει την παραγωγή μέσω της φωτοσύνθεσης, με αποτέλεσμα καθημερινές μεταβολές στις συγκεντρώσεις του διαλυμένου οξυγόνου. Παρομοίως, η διείσδυση οξυγόνου σε κορεσμένο έδαφος είναι πολύ πιο αργή από ό, τι σε ξηρό έδαφος που οδηγεί σε διαφορετικές συγκεντρώσεις οξυγόνου σε διαφορετικά μέρη του εδάφους. Αυτό, με τη σειρά του, επηρεάζει την περαιτέρω μεταφορά οξυγόνου.

Στη φωτοσύνθεση, το ατμοσφαιρικό διοξείδιο του άνθρακα μετατρέπεται σε γλυκόζη μέσα στα φύλλα των φυτών. Το οξυγόνο είναι ένα υποπροϊόν φωτοσύνθεσης και απελευθερώνεται από τα φυτά πίσω στην ατμόσφαιρα. Μπορεί επίσης να απελευθερωθεί μέσω του ριζικού συστήματος, παρέχοντας οξυγόνο στο έδαφος. Η βυθισμένη υδρόβια βλάστηση και το φυτοπλαγκτόν απελευθερώνουν οξυγόνο που παράγεται κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης στο νερό. Τόσο επίγεια όσο και υδρόβια τα φυτά παράγουν οξυγόνο διαθέσιμο για αναπνοή από άλλα φυτά και ζώα.

Η αναπνοή είναι μια κυτταρική διαδικασία που εκτελείται τόσο από τα φυτά όσο και από τα ζώα. Κατά την αναπνοή, το μοριακό οξυγόνο χρησιμοποιείται για τη διάσπαση οργανικών ενώσεων άνθρακα. Στα ζώα, αυτός ο άνθρακας προέρχεται από την τροφή που καταναλώνουν, ενώ ο άνθρακας στα φυτά λαμβάνεται κατά τη φωτοσύνθεση. Η αναπνοή που απαιτεί οξυγόνο ονομάζεται αερόβια αναπνοή και αποτελείται από ηλεκτρόνια που δέχονται οξυγόνο από άνθρακα. Στοιχεία διαφορετικά από το οξυγόνο μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αποδοχή ηλεκτρονίων από άνθρακα, αν και είναι λιγότερο αποτελεσματικά.

Το οξυγόνο παρέχει τη μεγαλύτερη ενέργεια σε φυτά, ζώα και μικρόβια κατά την αναπνοή. Ωστόσο, όταν καταναλώνεται όλο το οξυγόνο σε νερό ή κορεσμένο έδαφος, ορισμένα μικρόβια μπορούν να αντικαταστήσουν άλλα ενώσεις για οξυγόνο, συμπεριλαμβανομένου του σιδήρου, του μαγγανίου, του νιτρικού και του θειικού άλατος, σε μια διαδικασία γνωστή ως αναερόβια αναπνοή. Η αναερόβια αναπνοή είναι συχνή σε εδάφη υγροτόπων, τα οποία συχνά πλημμυρίζουν και έχουν χαμηλότερες συγκεντρώσεις οξυγόνου από τα ξηρότερα εδάφη. Όταν το οξυγόνο επανέρχεται στο έδαφος ή στο νερό, η αερόβια αναπνοή ξεκινά ξανά.