ในระบบนิเวศนั้น ปรากฏการณ์สำคัญอย่างหนึ่งเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิต
และสิ่งแวดล้อม ก็คือการหมุนเวียนของสสารเป็นวัฏจักรจากสิ่งแวดล้อมเข้าสูู่่สิ่งแวดล้อม
อีกเป็นเช่นนี้เรื่อยๆ ไปวัฏจักรของสสารต่างๆ ที่เป็นองค์ประกอบแก่นสารของสิ่งมีชีวิต

  วัฏจักรของคาร์บอน

    คาร์บอนซึ่งอยู่ในบรรยากาศ มีโอกาสหมุนเวียนเข้าสู่สิ่งมีชีวิตได้โดยกระบวนการ
สังเคราะห์์แสงของผู้ผลิตในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์ เมื่อสิ่งมีชีวิตตายลงบางส่วนจะถูก
สลายโดยผูู้้สลายทำให้คาร์บอนมีโอกาสถูกปลดปล่อยสู่บรรยากาศในรูปของแก๊สคาร์บอน
ไดออกไซด์ ส่วนซากที่ไม่ถูกสลายเมื่อทับถมกันเป็นเวลานานก็จะกลายไปอยู่ในรูปของ
ถ่านหินน้ำมัน เป็นต้น แม้ว่าพืชบกจะมีบทบาทสำคัญในการตรึงคาร์บอนเอาไว้ในรูปของ
สารอินทรีย์ก็ตาม แหล่งควบคุมใหญ่ของปริมาณคาร์บอนก็ยังคงเป็นทะเลและมหาสมุทร

                                             รูปที่ 5.22 วัฏจักรคาร์บอน

   ในระบบนิเวศของโลกมีธาตุคาร์บอนในสารประกอบต่างๆ ประมาณ 26 x 10¹⁵ ตัน

   คาร์บอน ซึ่งในจำนวนนี้มีเพียง 0.05% เท่านั้นที่อยู่ในรูปของสารประกอบอินทรีย์์ที่เป็น
ส่วนประกอบของสิ่งมีชีวิต ในระบบนิเวศจะพบธาตุคาร์บอนอยู่ 3 รูปแบบ คือ

   - ของแข็งหรือตะกอน (solid and sedimentation states) ใน lithosphere
(ภาคพื้นดิน)

   - ของเหลวหรือสารละลาย (soluble state) ใน hydrosphere (ภาคพื้นน้ำ)
และเซลล์ของสิ่งมีชีวิต

   - แก๊ส (gaseous state) ในเนื้อเยื่อของเซลล์พืช เซลล์สัตว์ในรูพรุนของดิน (porous)
และในบรรยากาศ (atmosphere)

   วัฎจักรของคาร์บอนค่อนข้างง่าย เนื่องจากมีการเกี่ยวข้องกันระหว่างสัตว์ พืช และสาร
อนินทรีย์ ธาตุคาร์บอนมีแหล่งสะสมที่สำคัญอยู่ในบรรยากาศในสภาพของคาร์บอนไดออก
ไซด์ซึ่งพืชนำไปสังเคราะห์เป็นสารอินทรีย์ต่างๆ โดยขบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ใน
ป่าดิบชื้นคาร์บอนจะถูกนำไปใช้โดยพืชถึง 2 กิโลกรัมต่อตารางเมตรต่อปี จากพืช สาร
อินทรีย์ของคาร์บอนก็จะผ่านยังสัตว์โดยการกินการย่อยและนำไปใช้ในรูปแบบต่าง ๆ ใน
ที่สุดทั้งพืชและสัตว์จะคืนคาร์บอนสู่บรรยากาศโดยการหายใจ และบางส่วนของคาร์บอน
ที่ยังคงประกอบเป็นเนื้อเยื่อของพืชและสัตว์ จะมีการหมุนเวียนกลับสู่บรรยากาศใหม่หลัง
จากพืชและสัตว์ตาย และมีการย่อยสลายเกิดขึ้น ในสัตว์บางชนิดคาร์บอนจะอยู่ในสภาพ
คาร์บอเนตในเปลือกเป็นเวลานาน หินปูนอาจเกิดจากการตกตะกอนของคาร์บอเนตจาก
โครงหรือเปลือกของสัตว์หรือโดยการตกตะกอนของคาร์บอเนตในน้ำ และคาร์บอเนตใน
หินปูนจะมีการหมุนเวียนกลับไปยังสิ่งมีชีวิตได้ใหม่โดยการกัดกร่อน (erosion) หรือ
ละลายออกมาในน้ำซึ่งเป็นขนวนการที่ช้ามาก คาร์บอเนตที่ละลายในน้ำอาจจะถูกดูดซึม
โดยพืชน้ำบางชนิดโดยตรงเพื่อใช้ในการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่พืชน้ำส่วนใหญ่การ
สังเคราะห์ด้วยแสงจะเกิดได้อย่างมีประสิทธิภาพดีกว่าโดยการให้ CO₂ ไปในน้ำ


   นอกจากนี้ คาร์บอนจะถูกตรึงไว้ในสภาพของถ่านหินและน้ำมันปิโตรเลียม ซึ่งอาจถูก
ตรึงในสภาพนี้นานนับหลายล้านปีจนกว่าจะถูกนำไปใช้โดยการเผาไหม้ และทำให้มีการ
ปล่อย CO₂ ออกมาสู่บรรยากาศใหม่

    วัฏจักรออกซิเจน

                                          รูปที่ 5.23 วัฏจักรออกซิเจน

   การหมุนเวียนของออกซิเจนระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมต้องอาศัยขบวนการหายใจ
และการสังเคราะห์ด้วยแสงร่วมกัน ความสมดุลของออกซิเจนในวัฏจักรจึงขึ้นอยู่กับขบวนการ
ทั้งสองนี้เป็นสำคัญ ออกซิเจน (oxygen)เป็นธาตุที่ปรากฏอยู่ในบรรยากาศค่อนข้างจะคง
ที่ คือ 21% ทั้งนี้เพราะจะถูกพืชสีเขียวสร้างทดแทนด้วยขบวนการสังเคราะหด้วย์์แสงอยู่
ตลอดเวลาโดยจะปรากฏอยู่ในรูปของ O₂, O₃ (ozone) และ O (atomic oxygen) เป็น
ธาตุุุที่มีบทบาทสำคัญในการสร้างพลังงานให้้แก่สิ่งมีชีวิต โดยขบวนการสร้างโดยใช้ออกซิเจน
(oxidative metabolism) จะให้พลังงานสูงถึง 606 กิโลแคลอรีต่อ 1 mole ของกลูโคส
ส่วนขบวนการหมัก (fermentation) จะให้พลังงานเพียง 50 กิโลแคลอรีต่อ 1 mole ของ
กลูโคส นอกจากนี้ยังมีบทบาทสำคัญในการเคลื่อนย้ายและนำพาอิเล็กตรอน และไฮโดรเจน

  มีการคาดคะเนว่าพืชสีเขียวจะผลิตออกซิเจนได้ประมาณ 70 x 10¹⁰ ตันต่อปี ทั้งนี้จะขึ้น
อยู่กับบริเวณที่ระบบนิเวศได้รับพลังงานออกซิเจนเพื่อขบวนการสันดาป (metabolic
process) มากน้อยต่างกันอย่างไร

   วัฏจักรของไนโตรเจน

                

                                           รูปที่ 5.24 วัฎจักรไนโตรเจน

  วัฏจักรของไนโตรเจนมีความซับซ้อนมาก แม้ว่าสิ่งมีชีวิตทั้งหลายจะอาศัยอยู่ในสภาพแวด
ล้อมที่มีไนโตรเจนอยู่ถึง 79% แต่มีสิ่งมีชีวิตเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้น ที่สามารถใช้ได้โดยตรง
ในรูปของแก๊ส

  ไนโตรเจนเป็นธาตุที่จำเป็นในการสร้างโปรโตพลาสซึมของสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่ง โดยจะ
เป็นส่วนประกอบสำคัญของโปรตีน วัฏจักรของไนโตรเจนมีความซับซ้อนมากกว่าคาร์บอน
แหล่งสะสมของไนโตรเจนอยู่ในบรรยากาศ เช่น เดียวกับคาร์บอน ปริมาณไนโตรเจนใน
บรรยากาศมีสูงถึงร้อยละ 79 ของอากาศทั้งหมด สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่จะไม่สามารถนำ N₂
ในบรรยากาศไปใช้ได้โดยตรง แต่จะใช้ได้เมื่ออยู่ในสภาพสารประกอบ เช่น แอมโมเนีย
ไนไตรต์ และไนเตรต ดังนั้นแหล่งสะสมที่แท้จริงของไนโตรเจนจึงอยู่ในสภาพสารอินทรีย์
เช่น ยูเรีย โปรตีน กรดนิวคลีอิค ธาตุไนโตรเจนในบรรยากาศจึงจำเป็นต้องถูกเปลี่ยนรูป
ให้อยู่ในสภาพที่สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่จะใช้ได้ ซึ่งเกิดโดยขบวนการตรึงไนโตรเจน (nitrogen
fixation) นอกจากนี้ ในวัฏจักรของไนโตรเจนยังมีขบวนการอื่นๆ อีก 3 ขบวนการที่สำคัญ
คือ ammonification, nitrification และ denitrification ขบวนการตรึงไนโตรเจน
(nitrogen fixation) เป็นการเปลี่ยนแก๊สไนโตรเจนจากอากาศให้อยู่ในสภาพของ
แอมโมเนียหรือไนเตรตซึ่งพืชนำไปใช้ได้้ ซึ่งเกิดขึ้นได้ 3 วิธี คือ

1. เกิดโดยขบวนการ electrochemical fixation และ photochemical fixation
โดยปฏิกิริยาจากฟ้าแลบ ฟ้าผ่า สามารถตรึงไนโตรเจนเป็นไนเตรตได้ถึง 7.6 x 10⁶
เมตริกตัน/ปี

2. การตรึงไนโตรเจนโดยขบวนการทางชีววิทยา เกิดโดยการกระทำของสิ่งมีชีวิตซึ่งจะ
ได้ไนเตรตถึงปีละ 54 x 10⁶ เมตริกตัน สิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้องในขบวนการนี้มีหลายกลุ่ม
คือ
    
  2.1 symbiotic bacteria ได้แก่แบคทีเรียที่อาศัยในปมรากของพืชตระกูลถั่วหลายชนิด
ซึ่งปัจจุบันมีความสำคัญมาก และเป็นที่สนใจของนักวิจัยที่จะใช้จุลินทรีย์นี้ในการตรึง
ไนโตรเจนแก่พืชแทนการใส่ปุ๋ย แบคทีเรียนี้ส่วนใหญ่อยู่ในสกุล Rhizobium ซึ่งแต่ละชนิด
จะมีความเฉพาะเจาะจงในการอยู่ร่วมกับพืชพวกถั่วชนิดต่างๆ มาก

  2.2 free – living nitrogen fixers ได้แก่แบคทีเรียพวก Azotobacter และ Clostridium
รวมทั้งสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินอีกหลายชนิด เช่น Nostoc และ Anabaena

3. การตรึงไนโตรเจนโดยการสังเคราะห์ทางอุตสาหกรรม ซึ่งจะได้ไนเตรตออกมาใช้ใน
สภาพของปุ๋ยปีละเป็นจำนวนมาก เช่น ปี พ.ศ.2511 มีมากถึง 30 x 10⁶ เมตริกตันและ
ปริมาณนี้จะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ แอมโมเนียและไนเตรตในสภาพที่ละลายน้ำได้จะถูกพืชนำ
ไปใช้สังเคราะห์กรดอะมิโนและโปรตีนเพื่อใช้สร้างเป็นโปรโตพลาสซึมของพืชต่อไป หรือ
ถ้าสัตว์กินพืช โปรตีนในพืชจะเปลี่ยนเป็นโปรตีนในสัตว์ เมื่อพืชและสัตว์ลงซากจะถูกย่อย
สลายให้กลายเป็นแอมโมเนีย หรือในสัตว์เองนั้น เมตาบอสิซึมของโปรตีนจะให้ของเสีย
ในรูปของยูเรียและของเสียพวกไนโตรเจนรูปอื่น ๆ เช่น กรดยูริค

  ขบวนการย่อยสลายของกรดอะมิโน (ammonification)

  ขบวนการย่อยสลายกรดอะมิโน (หรือโปรตีน) นี้เกิดโดยการกระทำของ ammonifying
bacteria เช่น Pseudomonas และ Proteus ขบวนการเปลี่ยนแปลงตอนนี้จึงเรียกว่า
ammonification ซึ่งหมายถึงการเปลี่ยนจากกรดอะมิโน หรือโปรตีนในซาก หรือในของ
เสียให้เป็นแอมโมเนีย

  ขบวนการ nitrificaltion

  สิ่งขับถ่ายจากสัตว์ รวมทั้งซากของพืชและสัตว์ในสภาพของแอมโนเนียจะถูกไนโตรท์
แบคทีเรีย เช่น nitrosomonas เปลี่ยนไปเป็นไนไตรท์ และไนไตรท์เองจะถูกไนเตรต
แบคทีเรีย เช่น nitrobacter เปลี่ยนเป็นไนเตรตต่อไป ขบวนการเปลี่ยนแอมโมเนียไป
เป็นไนไตรท์และไนเตรตนี้เรียกว่า nitrification

  ขบวนการ denitrification

  ไนเตรตนี้จะถูกพืชนำไปใช้ได้โดยตรง และในที่สุดจะถูกสร้างไปเป็นกรดอะมิโน และ
โปรตีนในพืชใหม่ จากนี้จะมีการเปลี่ยนแปลงเพื่อเป็นไนโตรเจนในบรรยากาศได้ใหม่
โดยการกระทำของ denitrifying bacteria เช่น Pseudomonas, Thiobacillus
โดยการกระทำของ Micrococcus denitrificans การเปลี่ยนแปลงจากไนไตรท์และ
ไนเตรตไปเป็นก๊าซไนโตรเจนในบรรยากาศใหม่นี้เรียกว่า denitrification

  จากวัฎจักรของไนโตรเจนนี้เห็นได้ว่า แก๊สไนโตรเจนจะมีการเปลี่ยนแปลงรูปและนำ
ไปใช้ในระบบนิเวศในสภาพของสารประกอบชนิดต่างๆ และในที่สุดจะกลับคืนมาเป็น
แก๊สไนโตรเจนตามเดิม ซึ่งในแต่ละขั้นตอนของการเปลี่ยนแปลงจำเป็นต้องอาศัยแบค
ทีเรียและจุลินทรีย์มากชนิด จึงจะทำให้เกิดสมดุลของการหมุนเวียนแร่ธาตุเหล่านี้ได้

วัฏจักรกำมะถัน

  กำมะถันเป็นธาตุที่สำคัญมากในการสังเคราะห์โปรตีนหลายชนิด เนื่องจากกำมะถัน
เป็นตัวเชื่อมในสาย polypeptide ที่เป็นโปรตีนสำหรับในสิ่งมีชีวิตในโลกนี้ถ้าปราศจาก
ธาตุกำมะถันแล้ว สิ่งมีชีวิตจะไม่สมารถมีชีวิตอยู่ได้ กำมะถันที่พบในธรรมชาติอยู่ในสภาพ
ของแร่ธาตุและในสภาพสารประกอบหลายประเภท เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H₂S) และ
ซัลเฟต (SO₄^2-)

  สารประกอบอินทรีย์ในพืชและสัตว์ถูกย่อยสลายเป็นไฮโดรเจนซัลไฟด์ โดยปฏิกิริยาของ
แบคทีเรีย และไฮโดรเจนซัลไฟด์จะถูกออกซิไดส์ต่อไปเป็นซัลเฟตโดย sulfur oxidizing
โดยจะสะสมเพิ่มปริมาณอย่างรวดเร็วเมื่อเกิดสารละลายของโปรตีน เช่น ที่ทะเลดำ
(Black Sea) ในระดับต่ำกว่า 150 เมตร จะมีไฮโดรเจนซัลไฟด์ และการซัลฟูริคสูง
มากจนสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ไม่สามารถจะดำรงชีวิตอยู่ได้ ยกเว้นซัลเฟอร์แบคทีเรีย หรือใน
ปากแม่น้ำที่ค่อนข้างสกปรกจะมีสาหร่ายพวกผักกาดทะเล (Sea lettuce, Ulva spp.)
เป็นจำนวนมาก เมื่อตายทับถมกันจะทำให้เกิดการเน่าเสียและมีกลิ่นเหม็นเนื่องจาก
มีการผลิตไฮโดรเจนซัลไฟด์ออกมาในระหว่างการเน่าเสีย

  กำมะถันในซากของพืชและสัตว์บางส่วนจะถูกสะสมและถูกตรึงอยู่ในถ่านหินและน้ำมัน
ปิโตรเลียมเป็นเวลานาน จนกว่าจะมีการนำออกมาใช้เป็นเชื้อเพลิง เมื่อเกิดการเผาไหม้
จึงจะได้้แก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO₂) ออกมาสู่บรรยากาศ และถ้ามีปริมาณมากกว่า
0.05 ppm จะก่อให้เกิดอันตรายต่อพืชและสัตว์

  แหล่งที่มาของกำมะถันได้มาจากการย่อยของอินทรีย์วัตถุ เช่น ซากของพืชและสัตว์โดย
แบคทีเรียและราบางชนิด และสะสมเป็นดินหรือมีการตกตะกอนในน้ำทับถมเป็นถ่านหิน
และน้ำมันปิโตรเลียมดังกล่าวแล้ว ส่วนในบรรยากาศมีอยู่น้อยและมักจะได้จากการเผาไหม้
ของเชื้อเพลิงซึ่งได้ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ออกมา ก๊าซนี้เมื่ออยู่ในบรรยากาศจะรวมตัวกับ
ละอองน้ำและตกลงมาเป็นเม็ดฝนของกรดกำมะถัน (H₂SO₄)ซึ่งจะกัดและทำให้สิ่งก่อ
สร้างต่างๆ สึกกร่อนและเป็นอันตรายต่อการหายใจของคน ปริมาณซัลเฟอร์ไดออกไซด์นี้
จะถูกฝนชะล้างให้น้อยลงจากบรรยากาศ และเมื่อตกลงสู่พื้นดิน สิ่งชีวิตในดินจะเปลี่ยน
เป็นซัลเฟต ซึ่งพืชจะนำไปใช้เป็นอาหารโดยตรง อย่างไรก็ตามซัลเฟตนี้อาจถูกเปลี่ยน
กลับเป็นไฮโดรเจนซัลไฟด์ได้ใหม่เมื่ออยู่ในสภาพที่ไม่มีออกซิเจนโดย sulfur fixing
bacteria และไฮโดรเจนซัลไฟด์จะถูกเปลี่ยนเป็นซัลเฟตได้ใหม่โดยปฏิกิริยาของ
photosynthetic และ chemosynthesis sulfur bacteria (เช่น green and purple
photosynthetic bacteria และ chemosynthetic bacteria เช่น Thiobacillus)

วัฏจักรฟอสฟอรัส

            

                                           รูปที่ 5.25 วัฏจักรฟอสเฟต

  ฟอสฟอรัสเป็นธาตุจำเป็นอีกอย่างหนึ่งที่เป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตเช่น เป็นองค์
ประกอบของ phospholipids หรือของ ATP ซึ่งเป็นโมเลกุลที่สะสมพลังงานที่พบใน
สิ่งมีชีวิตทั่วไป ฟอสฟอรัสพบมากในโปรโตพลาสซึมของพืชและสัตว์ซึ่งจะถูกย่อยสลาย
ได้้โดยขบวนการเมตาบอลิซึมในเซลล์ หรือเมื่อตายลงจะถูกย่อยสลายโดย phospha
tizing bacteria เพื่อให้กลายเป็นฟอสเฟตที่ละลายน้ำได้ (dissolved phoshates)
เช่น CaHPO₄ ฟอสเฟตที่ละลายน้ำได้นี้อาจถูกพืชใช้โดยตรงหรืออาจจะตกตะกอน
รวมเป็นหินฟอสเฟตในทะเลซึ่งถ้าเป็นหินฟอสเฟตจะละลายน้ำยากซึ่งมีสูตร Ca₃ (PO₄)₂
นอกจากนี้ฟอสเฟตอาจจะถูกตรึงอยู่ในสภาพที่นำมาใช้ไม่ได้ เช่น อยู่ในกระดูก หรือ
ในหินขี้นกทะเล (guano deposits) จนกว่าคนจะนำมาใช้ดังนั้นฟอสเฟตจึงมักจะถูก
ตรึงอยู่ในทะเลในสภาพของหินฟอสเฟต แหล่งทดแทนฟอสเฟตธรรมชาติบนพื้นดิน
คือมูลสัตว์ชนิดต่างๆซึ่งนำมาใช้เป็นปุ๋ยธรรมชาติ แต่ในบางแห่งมูลสัตว์อาจถูกนำไป
ใช้เป็นเชื้อเพลิง เช่น มูลวัว ควาย ถูกนำไปตากแห้ง และเผาเป็นเชื้อเพลิงซึ่งเป็นการ
สูญเสียฟอสเฟตธรรมชาติไป

  แหล่งสะสมของฟอสเฟตที่ใหญ่ที่สุดของโลกอยู่ในสภาพของหินฟอสเฟตที่มีสาร
ประกอบของ ferric phosphate และ calcium phosphate สารประกอบทั้ง 2 ชนิด
จะละลายได้น้อยมาก จึงมีการหมุนเวียนนำมาใช้ในวัฎจักรช้ามาก และในการละลาย
ออกมาใช้นั้นมักจะเกิดโดยปฏิกิริยาของกรดไนตริคเจือจางที่เกิดขึ้นระหว่างขบวนการ
nitrification หินฟอสเฟตนี้จึงต้องมีการขุดและนำไปถลุงแยกส่วนประกอบเพื่อเอาไป
ใช้ในระบบนิเวศต่างๆ

  แต่ในปัจจุบันแหล่งฟอสฟอรัสที่สำคัญอีกแหล่ง คือ ผงซักฟอกที่ใช้ตามบ้านเรือน และ
เมื่อถูกปล่อยลงท่อระบายน้ำเสีย ก็จะไหลมารวมกันในแม่น้ำ ลำธาร คลอง ทะเลสาบ
และปากแม่น้ำ ซึ่งจะสังเกตได้ว่าแม่น้ำหรือคูคลองที่มีฟอสเฟตจากผงซักฟอกปะปนมาก
นั้นผิวน้ำจะเป็นฟอง และฟองจะเป็นตัวกีดนั้นการแลกเปลี่ยนออกซิเจนของผิวน้ำและ
บรรยากาศ นอกจากนี้การมีฟอสเฟตสะสมอยู่ในน้ำมากๆ จะทำให้สาหร่ายเพิ่มขึ้นเป็น
จำนวนมากและอาจเป็นเหตุให้เกิดน้ำเสียตามมาได้ ที่เรียกว่า ภาวะสารอาหารในน้ำ
มากเกินไป (eutrophication)

วัฏจักรของน้ำ

  น้ำเป็นตัวอย่างของขบวนการต่าง ๆ ในสิ่งมีชีวิตรวมทั้งเป็นแหล่งให้ไฮโดรเจนที่สำคัญ
น้ำที่ปรากฏในโลกจะอยู่ในสภาพและแหล่งต่าง ๆ กัน ทั้งน้ำจืด น้ำเค็ม น้ำในดิน น้ำใน
อากาศในรูปของไอน้ำ และน้ำแข็งที่ปกคลุมขั้วโลก ในจำนวนนี้มีการหมุนเวียนเป็นวัฏจักร
โดยส่วนใหญ่เป็นการแลกเปลี่ยนระหว่างผิวโลก และบรรยากาศโดยการระเหยและการ
กลั่นตัวตกกลับสู่ผิวโลก วัฏจักรของน้ำ คือ การเกิดและการหมุนเวียนของน้ำที่มีอยู่ในโลก
โดยไม่มีการสูญหาย แต่จะเปลี่ยนรูปอยู่ในสภาพต่างๆ วนเวียนอยู่ในวัฏจักรของน้ำโดยไม่
่มีจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุด ปัจจัยสำคัญที่ทำให้เกิดขบวนการนี้คือ แสงแดด (solar energy)
และแรงดึงดูดของโลก (gravity) ซึ่งสามารถอธิบายได้ตามรูปที่ 5.26 ดังนี้คือ

                

                                         รูปที่ 5.26 แสดงวัฏจักรของน้ำ

 ไอน้ำที่มีอยู่ในบรรยากาศอาจจะอยู่ในรูปของ เมฆ หมอก (air mass) ซึ่งเกิดจากการ
ระเหยของน้ำจากแหล่งน้ำต่างๆ บนผิวโลก เมื่อไอน้ำถึงจุดอิ่มตัว ก็จะกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ
ตกลงสู่ผิวโลก เรียก precipitation ถ้าเป็นของเหลว ก็คือ ฝน (rain) ถ้าเป็นผลึกก็คือ
หิมะ (snow) ถ้าเป็นของแข็ง ก็คือ ลูกเห็บ (hail, sleet) นอกจากนี้ก็อาจจะเป็น น้ำค้าง
(dew) หรือ น้ำค้างแข็งตัว (frost)

  น้ำฝนที่ตกถึงพื้นดิน บางส่วนก็จะซึมลงดินด้วยแรงดึงดูดของเม็ดดิน เรียกว่าการซึมลง
สู่พื้นดิน (infiltration) โดยที่บางส่วนอาจจะซึมต่อลงไป (percolation) ถึงระดับน้ำใต้ดิน
เป็นน้ำบาดาล (ground water) น้ำใต้ดินมีหลายระดับชั้นจะค่อยๆ ไหลตามความลาดเท
ของชั้นดินไปสู่ที่ต่ำ อาจเป็นแหล่งขังน้ำใต้ดินอยู่หรืออาจไหลออกสู่แม่น้ำลำธาร ที่อยู่ใน
ระดับชั้นจะค่อย ๆ ไหลตามความลาดเทของชั้นดินไปสู่ที่ต่ำ อาจเป็นแหล่งขังน้ำใต้ดินอยู่
หรืออาจไหลออกสู่แม่น้ำลำธารที่อยู่ในระดับต่ำกว่าหรือออกสู่ทะเลโดยตรงแต่หากบางส่วน
ที่ซึมลงดินแล้วเกิดมีชั้นดินแน่นทึบวางอยู่น้ำ ในส่วนนี้จะไหลตามลาดเทใต้ผิวดิน และขนาน
ไปกับชั้นดินแน่นทึบดังกล่าว เรียกว่า inferflow และสำหรับบางส่วนอาจจะไหลใต้ผิวดิน
(subsurface flow) ซึ่งอาจจะไหลออกสู่ผิวดินอีกก็ได้น้ำซับที่ค่อย ๆ ไหลซึมลงสู่ดิน
ตามขั้นตอนต่าง ๆ นั้นอาจจะถูกรากพืชดูดเอาไปใช้ในการเจริญเติบโตแล้วคายออกทาง
ใบที่เรียกว่า การคายน้ำ (transpiration) ซึ่งจะเป็นจำนวนมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับพืช

  ส่วนน้ำฝนที่เหลือจากการซึมลงดิน เมื่ออัตราการตกของฝนมีค่าสูงกว่า อัตราการซึมลงดิน
ก็จะเกิดการนองอยู่ตามพื้นดิน จากนั้นก็จะรวมตัวกันไหลลงสู่ที่ต่ำเรียกว่า overland flow
บางส่วนอาจไปรวมตัวอยู่ในที่ลุ่มบริเวณเล็กๆ เรียกว่า surface storage แต่ส่วนใหญ่จะ
รวมตัวกันมีปริมาณมากขึ้น มีแรงเซาะดินให้เป็นร่องน้ำลำธารและแม่น้ำตามลำดับ น้ำที่ไหล
อยู่ในแม่น้ำลำธารเรียกว่า น้ำท่วม (surface runoff) น้ำท่วมนี้จะไหลออกสู่ทะเลมหาสมุทร
ไปในที่สุด

  ตลอดเวลาที่น้ำอยู่ในขั้นตอนต่าง ๆ ก็จะเกิดการระเหย เปลี่ยนสภาพเป็นไอน้ำสู่บรรยากาศ
ตลอดเวลาเรียกว่า การระเหย (evaporation)

  สำหรับการระเหยของน้ำ คือ ขบวนการที่เกิดการระเหย และการคายน้ำไปพร้อมๆ กันใน
ทางปฏิบัติ การระเหยสามารถวัดได้เฉพาะบนพื้นที่ผิวน้ำ หรือผิวดินที่ผิวน้ำ หรือผิวดินที่เปียก
ชุ่มด้วยน้ำหลังจากฝนตกใหม่ ๆ แต่หลังจากผิวดินเริ่มแห้งก็วัดได้ยาก

  การวัดการคายน้ำของพืชในสภาพธรรมชาติจะไม่สามารถทำได้ ดังนั้นในทางปฏิบัติจึงดำ
เนินการวัดหรือประเมินค่าทั้ง 2 รวมกัน เรียกว่า การคายระเหยน้ำ (evapotranspiration)

 ดังนั้น สามารถแบ่งน้ำตามแหล่งปรากฏออกเป็น 3 ประเภทใหญ่ ๆ คือ

   1. น้ำในบรรยากาศ (atmospheric or meteoric water)
             
          - ของเหลว: ฝน น้ำค้าง

          - ของแข็ง: ลูกเห็บ หิมะ

          - ไอ: เมฆ หมอก

  2. น้ำผิวดิน (surface water) ได้จากน้ำในบรรยากาศ กลั่นตัวเป็นฝนตกลงบนพื้นโลก
และถูกกักขังอยู่ตามแม่น้ำลำคลอง หนอง บึง สระ ทะเลสาบ ในลักษณะของน้ำจืด ตามทะเล
มหาสมุทร และตามปากแม่น้ำ (estuaries) ในลักษณะของน้ำกร่อย
  
  3. น้ำใต้ดิน (subsurface water) น้ำที่ไหลซึมผ่านชั้นดินลงไปกักเก็บอยู่ใต้ผิวดิน ซึ่ง
รวมถึงน้ำบาดาลด้วย