哲学家早有关于“物质运动和变化”的表述——日月更迭,寒暑交替,万物化育,生生不息。要了解物质的流动性非常容易,以一个人类肉眼看不见的碳原子为例:这一刻,它是你头发中角蛋白的一个碳原子;前一刻,它可能属于一块蛋糕,你吃了蛋糕,于是碳原子便来到你身上;再向前追寻,这个碳原子很可能属于海洋中的某个碳酸氢根离子……如此,小小的碳原子流动起来。事实上,碳、氮、磷和水这些与生命活动相关的物质均以多种形式(生物或非生物的,原子、分子或生物大分子)存在于地球之上。这些物质时时处于流动状态,构成了生物地球化学循环——它们既进入了生物化学系统,又进入了地球化学系统。
在地球上,碳、氮、磷和水是许多生命活动的必需物质,它们都有一个非生物的“库”。例如,自然界中最大的“氮库”是大气中的氮气,但是氮气并不能直接被生物体所利用,必须通过固氮细菌将其转化为氨或硝酸盐后,才能被生物所利用。这个过程使“氮库”与生物圈联系起来,形成了氮的生物地球化学循环。同样,碳、磷和水的“非生物库”也以各自的方式与生物圈进行着密切的“交流”。
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