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A água é um elemento essencial para a vida no planeta. Em seu ciclo ela passa do estado líquido para o de vapor por meio da evaporação. Ao chegar nas camadas mais altas da atmosfera, o vapor condensa e volta à superfície na forma líquida, num processo denominado precipitação. No entanto, quando o resfriamento do vapor ocorre excessivamente, após a condensação, ele solidifica e volta à terra na forma de neve ou granizo. Por fim, quando a água cai sobre o solo, ela é absorvida, indo parar nos lençóis freáticos.

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Pode ser dividido em biológico e geológico.

Ciclo biológico do carbono:

Através da fotossíntese, os organismos autotróficos assimilam os compostos carbonatos, transformando-os em matéria orgânica e transfererindo aos organismos heterotróficos por meio da cadeia alimentar.
O carbono retorna ao ambiente, na forma de dióxido de carbono (CO2), pelos seres vivos em processos de respiração e decomposição. O homem contribui com o aumento do CO2 na natureza por meio de ações como desmatamento, queimadas e uso de combustíveis fósseis.

Ciclo geológico do carbono:

Pela difusão ocorre a troca de CO2 entre a hidrosfera e a atmosfera até que se obtenha um equilíbrio entre os dois meios. O CO2 presente na atmosfera pode se dissolver na chuva e produzir uma substância ácida, o H2CO3, que atuará na erosão de rochas silicatadas, liberando íons Ca2+ e HCO3-. Esses íons são utilizados, nos oceanos, por organismos para a construção de suas conchas, que, após a sua morte, acumulam-se no sedimento. Esse material pode migrar para regiões de alta pressão e temperaturas, onde os carbonatos serão parcialmente fundidos. A ação de vulcões liberará o CO2 novamente para a atmosfera.

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A principal forma de produção de oxigênio é pelo processo de fotossíntese, realizado pelos organismos autotróficos fotossintetizantes, como plantas e algas. Esses organismos assimilam o dióxido de carbono (CO2) para a produção de matéria orgânica e liberam no ambiente, como um dos produtos finais do processo, o gás oxigênio (O2).
O oxigênio liberado na atmosfera será utilizado por alguns organismos no processo de respiração celular. Um dos produtos finais da respiração celular é o dióxido de carbono, que será liberado no ambiente.

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O nitrogênio está presente nas moléculas de aminoácidos, constituintes das proteínas, sendo, assim, um elemento essencial para os seres vivos, e constitui cerca de 78% da atmosfera. O ciclo do nitrogênio pode ser dividido em três etapas:

Fixação: O processo de fixação corresponde à retirada de nitrogênio da atmosfera (N2) e à sua transformação em amônia (NH3), a qual poderá ser assimilada pelos seres vivos. Esse processo pode ser realizado pelas cianobactérias, por bactérias que vivem no solo, como as do gênero Azotobacter, e por bactérias do gênero Rhizobium, que vivem em nódulos presentes nas raízes de plantas leguminosas.

Nitrificação: A amônia produzida anteriormente, bem como a liberada pelos processos de excreção de animais e decomposição, é convertida, no solo, em nitritos (NO-2) e nitratos (NO-3), substâncias mais facilmente absorvidas e assimiladas pelas plantas. Esse processo é realizado por bactérias denominadas nitrificantes, do gênero Nitrosomonas e Nitrobacter.

Desnitrificação: Nessa etapa, bactérias, denominadas desnitrificantes, retiram o nitrogênio de compostos nitrogenados, como nitrito e nitrato, e devolvem-no à atmosfera na forma gasosa.

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O fósforo apresenta as rochas como grande reservatório e seu ciclo envolve plantas, animais e micro-organismos. Por estar presente principalmente nas rochas, esse ciclo tem início quando esse elemento torna-se disponível no meio através da ação de agentes como chuva, sol e vento. Após estar disponível no meio, o elemento é utilizado pelos vegetais para a realização de suas atividades metabólicas e é transmitido para outros organismos via cadeia alimentar. Os seres vivos aproveitam o fósforo na forma de íons fosfato.