De cyclus van zuurstof door een ecosysteem

Atmosferische zuurstof is vereist door alle land- en waterplanten en dieren voor ademhaling: de afbraak van organische verbindingen voor koolstof en energie die nodig zijn voor cellulair onderhoud en groei. Planten en dieren brengen vervolgens zuurstof terug naar de atmosfeer, de bodem of het water, hoewel er meerdere wegen zijn die zuurstof kan opnemen, voornamelijk door interactie met andere moleculen in bodem en water.

De atmosfeer van de aarde heeft een zuurstofconcentratie van 21 procent en het element wordt snel gewisseld tussen planten, dieren en de atmosfeer door middel van fotosynthese en ademhaling. In water beweegt zuurstof veel langzamer, dus het zuurstofverbruik door ademhaling is vaak groter dan de productie door fotosynthese, wat resulteert in dagelijkse verschuivingen in de opgeloste zuurstofconcentraties. Evenzo is de penetratie van zuurstof in verzadigde grond veel langzamer dan in droge grond, wat leidt tot verschillende zuurstofconcentraties in verschillende delen van de bodem. Dit heeft weer invloed op het verdere zuurstoftransport.

Bij fotosynthese wordt koolstofdioxide uit de lucht omgezet in glucose in de bladeren van planten. Zuurstof is een bijproduct van fotosynthese en wordt door de planten terug in de atmosfeer afgegeven. Het kan ook via het wortelstelsel worden vrijgegeven en zuurstof aan de bodem leveren. Ondergedompelde waterplanten en fytoplankton geven tijdens de fotosynthese geproduceerde zuurstof af aan het water. Zowel terrestrische als aquatische planten maken zuurstof beschikbaar voor ademhaling door andere planten en dieren.

Ademhaling is een cellulair proces dat wordt uitgevoerd door zowel planten als dieren. Tijdens de ademhaling wordt moleculaire zuurstof gebruikt om organische koolstofverbindingen af ​​te breken. Bij dieren komt deze koolstof uit het voedsel dat ze consumeren, terwijl koolstof in planten wordt verkregen tijdens fotosynthese. Ademhaling waarvoor zuurstof nodig is, wordt aerobe ademhaling genoemd en bestaat uit zuurstof die elektronen uit koolstof accepteert. Andere elementen dan zuurstof kunnen worden gebruikt om elektronen uit koolstof te accepteren, hoewel ze minder efficiënt zijn.

Zuurstof levert de meeste energie aan planten, dieren en microben tijdens de ademhaling. Wanneer echter alle zuurstof in water of verzadigde grond is verbruikt, kunnen sommige microben andere vervangen verbindingen voor zuurstof, waaronder ijzer, mangaan, nitraat en sulfaat, in een proces dat bekend staat als anaëroob ademhaling. Anaërobe ademhaling komt veel voor in waterrijke bodems, die vaak onder water staan ​​en lagere zuurstofconcentraties hebben dan drogere bodems. Wanneer zuurstof opnieuw in de bodem of in het water komt, begint de aerobe ademhaling opnieuw.