Pergantian Karbn dan Nitrogen di Dalam Biosfer

Diperkirakan bahwa atmosfer mengandung sekitar 700 miliar ton (t) karbon dan jumlah yang hampir sama telah terpendam dalam bahan organic mati di bumi. Tumbuhan yang hidup di daratan mengandung sekitar 450 miliar ton karbon yang secara alami mengalami pertukaran dengan karbon atmosfer. Batubara dan sumber-sumber minyak, mengandung sekitar 10.000 miliar ton karbon.

Penambatan karbon merupakan peristiwa pemicu didalam biosfer dan daur-daur yang lain di dalam biosfer dandaur-daur yang lain di alam tergantung pada proses ini dalam hal jumlah dan kecepatannya. Semua organism di darat dan laut yang memiliki klorofil menggunakan energy matahari untuk menggabungkan CO₂ dan H₂O dan membentuk karbohidrat dengan melepaskan O₂ ke dalam atmosfer. Sebagian dari karbohidrat langsung dimanfaatkan oleh tumbuhan sebagai salah satu sumber energy dan dalam proses pemanfaatan energy ini dibebaskan CO₂ melalui akar dan daun. Sebagian dari karbohidrat tumbuhan dimakan oleh hewan yang mengeluarkan CO₂ melalui pernafasan. Berbagai generasi tumbuhan dan hewan meninggalkan sisa-sisa tubuhnya yang kemudian diuraikan oleh mikroorganisme dalam tanah dan dalam proses tersebut, karbon dalam jaringan tubuh  mereka diubah menjadi CO₂.

Seperti halnya karbon yang yang merupakan unsure kunci dalam penyusunan karbohidrat, demikian pula nitrogen dalam penyusunan protein. Atmosfer merupakan cadangan nitrogen yang amat banyak tetapi N₂ di dalam atmosfer harus lebih dahulu bergabung dengan H₂ atau O₂ sebelum nitrogen tersebut dapat di asimilisasi oleh tumbuhan tingkat tinggi. Nitrogen yang lembam itu dalam atmosfer menyusun sekitar 75% dari berat atmosfer dan sekitar 78% dari volume atmosfer berat totalnya 3,8 X 10¹⁵ ton. Walaupun demikian jumlah nitrogen dalam biosfer tergantung pada laju perpindahan dalam daur nitrogen dan hanya dapat ditaksir dalam batas-batas longgar. Burns dan Herdy memperkirakan bahwa 400 X 10⁶ ton N/th dipindahkan diantara bermacam-macam kelompok nitrogen, ialah kehilangan sekitar 215 X 10⁶ N/th melalui dentrifikasi dan 185 X 10⁶ t N/th melalui penguapan dan pembakaran. Pengembaliannya ditaksir 200 X 10⁶ t N/th dalam air hujan (terutama dalam bentuk uap amoniak), 170 x 10⁶ t N/th melalui penambatan biologis dan 30 X 10⁶ t N/th melalui penambatan dalam industry. Angka-angka ini berbeda dengan angka-angka Delwiche yang menaksir leju penambatan nitrogen sebesar 92 X 10⁶ t N/th. Walaupun demikian mereka memberikan taksiran kasar dan menekankan dengan benar bahwa nitrogen yang ditambat melalui peristiwa biologis itu lebih dari tiga kali penambatan oleh industry.

Penambatan nitrogen secara biologis terjadi di dalam bitil akar polong-polongan dan juga di darat dan air melalui kerja bakteri dan alga mikro yang hidup bebas. Yang kurang penting adalah penambatan nitrogen atmosfer melalui hujan dan kilat. Akhir-akhir ini manusia ambil bagian dalam penambatan N2 dalam industry pabrik-pabrik pupuk yang menggabungkan nitrogen dan hydrogen pada temperature dan tekanan tinggi dengan bantuan katalisator anorganik untuk menghasilkan amoniak. Proses dentrifikasi yang jumlahnya hampir sama memecahkan nitrat dan mengembangkan unsure nitrogen kedalam  atmosfer untuk melengkapi daur.