วัฏจักรของออกซิเจนผ่านระบบนิเวศ

พืชและสัตว์บนบกและในน้ำทั้งหมดต้องการออกซิเจนในบรรยากาศสำหรับการหายใจ: การสลายสารประกอบอินทรีย์สำหรับคาร์บอนและพลังงานที่จำเป็นต่อการบำรุงรักษาและการเจริญเติบโตของเซลล์ พืชและสัตว์จะส่งออกซิเจนกลับคืนสู่บรรยากาศ ดินหรือน้ำ แม้ว่าจะมีหลายเส้นทางสำหรับออกซิเจน โดยหลักแล้วจะทำปฏิกิริยากับโมเลกุลอื่นๆ ในดินและน้ำ

ชั้นบรรยากาศของโลกมีความเข้มข้นของออกซิเจนอยู่ที่ 21 เปอร์เซ็นต์ และองค์ประกอบจะหมุนเวียนอย่างรวดเร็วระหว่างพืช สัตว์ และชั้นบรรยากาศผ่านการสังเคราะห์แสงและการหายใจ ในน้ำ ออกซิเจนเคลื่อนที่ได้ช้ากว่ามาก ดังนั้นการใช้ออกซิเจนผ่านการหายใจมักจะเกินการผลิตผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง ส่งผลให้ความเข้มข้นของออกซิเจนที่ละลายในน้ำในแต่ละวันเปลี่ยนแปลงไป ในทำนองเดียวกัน การซึมผ่านของออกซิเจนในดินอิ่มตัวช้ากว่าในดินแห้งมาก ซึ่งนำไปสู่ความเข้มข้นของออกซิเจนที่แตกต่างกันในส่วนต่างๆ ของดิน ในทางกลับกันก็ส่งผลต่อการขนส่งออกซิเจนต่อไป

ในการสังเคราะห์ด้วยแสง คาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศจะเปลี่ยนเป็นกลูโคสภายในใบพืช ออกซิเจนเป็นผลพลอยได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสงและถูกปล่อยโดยพืชกลับสู่บรรยากาศ นอกจากนี้ยังสามารถปล่อยผ่านระบบรากเพื่อให้ออกซิเจนแก่ดิน พืชน้ำที่จมอยู่ใต้น้ำและแพลงก์ตอนพืชจะปล่อยออกซิเจนที่เกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงลงไปในน้ำ ทั้งบนบกและในน้ำ

การหายใจเป็นกระบวนการระดับเซลล์ที่ดำเนินการโดยทั้งพืชและสัตว์ ระหว่างการหายใจ โมเลกุลออกซิเจนถูกใช้เพื่อสลายสารประกอบอินทรีย์คาร์บอน ในสัตว์ คาร์บอนนี้มาจากอาหารที่พวกมันกิน ในขณะที่คาร์บอนในพืชจะได้รับในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง การหายใจที่ต้องใช้ออกซิเจนเรียกว่าการหายใจแบบใช้ออกซิเจนและประกอบด้วยออกซิเจนที่รับอิเล็กตรอนจากคาร์บอน องค์ประกอบอื่นที่ไม่ใช่ออกซิเจนสามารถใช้เพื่อรับอิเล็กตรอนจากคาร์บอนได้แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพน้อยกว่าก็ตาม

ออกซิเจนให้พลังงานแก่พืช สัตว์ และจุลินทรีย์มากที่สุดระหว่างการหายใจ อย่างไรก็ตาม เมื่อออกซิเจนในน้ำหรือดินอิ่มตัวหมด จุลินทรีย์บางชนิดสามารถทดแทนสิ่งอื่นได้ สารประกอบสำหรับออกซิเจน ได้แก่ เหล็ก แมงกานีส ไนเตรต และซัลเฟต ในกระบวนการที่เรียกว่าไม่ใช้ออกซิเจน การหายใจ การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนเป็นเรื่องปกติในดินพื้นที่ชุ่มน้ำ ซึ่งมักถูกน้ำท่วมและมีความเข้มข้นของออกซิเจนต่ำกว่าดินที่แห้งกว่า เมื่อออกซิเจนกลับคืนสู่ดินหรือน้ำ การหายใจแบบใช้ออกซิเจนจะเริ่มขึ้นอีกครั้ง