1.2. Aineringed
Aineringeks ehk ainete ringkäiguks nimetatakse ainete pidevalt korduvat ringlemist looduses nii maakeral tervikuna kui ka eri geosfääride vahel.
Protsessi, mille käigus keemilised ühendid ja elemendid liiguvad organismide ja biosfääri eri osade vahel, nimetatakse biogeokeemiliseks tsükliks. Nagu termin viitab, ühendab tsükkel biosfääri bioloogilise, geoloogilise ja keemilise osa. Selle liikumapanevaks jõuks on päikeseenergia. Biogeokeemiline tsükkel sisaldab füüsikalisi protsesse (nt lahustumine ja aurustumine), keemilisi protsesse(orgaaniliste ainete süntees ja lagundamine) ja erinevate protsesside kombinatsioone. Biogeokeemilises tsüklis osalevad kõik elusorganismid, põhiosa selles on aga siiski mikroorganismidel.
Rohelised taimed toodavad orgaanilist ainet, mida kasutavad muud organismid, seejärel lagundatakse orgaaniline aine mineraalaineiks, süsinikdioksiidiks, veeks jt aineteks ning need võetakse elusorganismide poolt uuesti kasutusse. Aineringe kulgeb erinevates ökosüsteemides erineva kiirusega. Ookeanides on süsiniku-, hapniku-, ning vesinikuringe tunduvalt kiiremad kui maismaal. Suur osa eluks vajalikest ainetest, näiteks ligemale 93% hapnikust ja 99% süsinikust, on salvestunud Maa kivimites ega osale aktiivses ringluses.
Veeringe erineb teistest ringetest, kuna vee liikumine ökosüsteemides on vastupidiselt teistele protsessidele pigem füüsikaline nähtus. Aurumise, transpiratsiooni ja saju ajal vee keemiline koostis ei muutu. Ka osa elusorganismide tarbitud veest väljub taas keemiliselt muundamata (ainevahetusel, transpiratsioonil). Teine osa keemilistes ainevahetusprotsessides seotud veest vabaneb alles lagundajate tegevuse tagajärjel pärast organismide surma. Ökoloogiliselt (kuigi mitte koguseliselt) tähtis erand on vee keemiline muutumine fotosünteesi ajal, mille käigus laguneb vesi vabaks vesinikuks ja molekulaarseks hapnikuks.
Süsiniku liikumine ökosüsteemis on energia liikumisega tihedamalt seotud kui teised aineringed, kuna süsinik moodustab elusorganismide ehituses tunduvalt suurema osa kui mis tahes teised keemilised elemendid. Süsinikuringe jaotub kaheks: kiireks ning aeglaseks süsinikuringeks.
Kiire süsinikuringe puhul seotakse fotosünteesi vahendusel süsinik elusainesse. Rohelised taimed sünteesivad atmosfääris olevast süsinikdioksiidist (CO₂) enese kasvuks ja arenguks vajalikke orgaanilisi ühendeid. Osa fotosünteesil seotud süsinikust läheb taimede rakuhingamise kaudu süsinikdioksiidina atmosfääri tagasi, teine osa aga talletub. Siit satub see süsinik taimetoidulistesse organismidesse, kes omakorda rakuhingamise kaudu lasevad osa süsinikku atmosfääri, osa seovad aga enda kudedesse. Varem või hiljem satub sel teel enamik organismides talletatud süsinikust atmosfääri. Lagundajad lagundavad lõpuks järele jäänud orgaanilise aine ja süsinik jõuab CO₂-na atmosfääri tagasi. Süsinikuringe moodustab fotosünteesi ja rakuhingamise kaudu lüli atmosfääri ja maismaakeskkondade vahel.
Aeglase süsinikuringe käigus tekivad fossiilsed kütused (nafta, põlevkivi jm) ja lubjakivi. Paljud mineraalse koja või toesega organismid (ainuraksed, käsnad, limused, osad vetikad jt) seovad vees lahustunud süsinikdioksiidi ja tekib kaltsiumkarbonaat (CaCO₃). Surnud organismide jäänused sadestuvad veekogu põhja ja tekivad setted (näiteks lubjakivi). Setted võivad vees lahustuda ja sel moel vabaneb taas süsinikdioksiid. Mitmesugused fossiilsed kütused (kivisüsi, nafta, maagaas) ongi maakoores tekkinud kunagiste taimede ja loomade jäänustest kõrge temperatuuri ja rõhu toimel. Fossiilsete kütuste põletamise või lagundamisega jõuab isegi sealne süsinik lõpuks atmosfääri tagasi. CO₂ hulk atmosfääris varieerub mingil määral sõltuvalt aastaajast. Põhjapoolkeral on CO₂ kontsentratsioon suvel madalam ja talvel kõrgem. Süsiniku ringlemine veekeskkonnas on raskendatud, kuna lahustunud CO₂ reageerib veega ja moodustab süsihappe. Süsihape omakorda reageerib enamiku pinnaseosakestega ja moodustab vesinikkarbonaate ja karbonaatioone. Seetõttu on süsiniku kogus veeökosüsteemides ringlevates anorgaanilistes ühendites üldse kokku umbes 50 korda suurem kui atmosfääris ja ookean toimib atmosfääri paiskunud CO₂ sidujana.
Lämmastikuringe on samuti kahesuunaline: atmosfäärist seotakse gaasiline lämmastik esmalt ühenditesse, kust see lõpuks tagasi atmosfääri liigub. Lämmastik on oluline toitaine kõikidele organismidele. Nii vee- kui ka maismaaökosüsteemides seovad lämmastikku mitmesugused bakterid, kuid otse atmosfäärist suudavad lämmastikku omastada vaid vähesed neist (nt mügarbakterid).
Lämmastik on taimedele kättesaadav kahe ühendina: ammooniumi ja nitraadina. Enamik tootjaid – taimed ja paljud mikroobid – saavad lämmastikku nitraatidest ning muudavad nitraatlämmastiku oma elutegevuse käigus orgaanilistes ühendites sisalduvaks ammooniumlämmastikuks.
Tarbijad saavad vajaliku lämmastiku toidus sisalduvaist orgaanilistest ühenditest. Nende ühendite lagunemisel ainevahetuses ja organismide surmajärgsel lagunemisel vabaneb lämmastik. Osa ringes osalenud lämmastikust väljub sellest orgaaniliste ühenditena maapinna ülakihtidesse (turbasse, mudasse, mulda). Lämmastikku siduvad mikroorganismid teevad seda eeskätt enda ainevahetuslike vajaduste rahuldamiseks, kuid nende poolt vabastatud ülemäärane ammoniaak muutub seeläbi ka teistele organismidele kättesaadavaks.
Kuigi ka taimed ise on võimelised ammooniumi mingil määral otse kasutama, toimub ammooniumi sidumine aineringesse põhiosas siiski aeroobsete mullabakterite elutegevuse tagajärjel. Taimed seovad bakterite vabastatud nitraadid orgaanilistesse ühenditesse. Loomad on suutelised omandama vaid taimede poolt orgaanilistesse ainetesse seotud lämmastikku. Bakterid ja seened lagundavad orgaanilise lämmastiku taas ammooniumiks ja selle tulemusena liigub lämmastik tagasi pinnasesse.
Lämmastikväetiste järjest kasvav kasutamine suurendab lämmastikureostust. Liigne lämmastik põhjustab ülemäärast taimekasvu ning see omakorda näiteks hapnikupuudust veekogudes.