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L'oxygène atmosphérique est nécessaire à la respiration de toutes les plantes et de tous les animaux terrestres et aquatiques: décomposition des composés organiques en carbone et en énergie nécessaire à la maintenance et à la croissance des cellules. Les plantes et les animaux rejettent ensuite l'oxygène dans l'atmosphère, le sol ou l'eau, bien qu'il existe de nombreuses voies pour l'oxygène, principalement en interagissant avec d'autres molécules présentes dans le sol et dans l'eau.
Air, sol et eau
L'atmosphère terrestre présente une concentration en oxygène de 21% et l'élément subit rapidement un cycle entre les plantes, les animaux et l'atmosphère par la photosynthèse et la respiration. Dans l'eau, l'oxygène se déplaçant beaucoup plus lentement, la consommation d'oxygène par la respiration dépasse souvent celle par la photosynthèse, ce qui entraîne des variations quotidiennes des concentrations en oxygène dissous. De même, la pénétration de l'oxygène dans un sol saturé est beaucoup plus lente que dans un sol sec, ce qui entraîne des concentrations différentes en oxygène dans différentes parties du sol. Ceci, à son tour, influe sur le transport d'oxygène supplémentaire.
Photosynthèse
Dans la photosynthèse, le dioxyde de carbone atmosphérique est converti en glucose à l'intérieur des feuilles des plantes. L'oxygène est un sous-produit de la photosynthèse et est libéré par les plantes dans l'atmosphère. Il peut également être libéré par le système racinaire, fournissant de l'oxygène au sol. La végétation aquatique submergée et le phytoplancton libèrent dans l’eau la teneur en oxygène de la photosynthèse. Les plantes terrestres et aquatiques rendent l'oxygène disponible pour la respiration des plantes et des animaux.
Respiration
La respiration est un processus cellulaire effectué à la fois par les plantes et les animaux. Pendant la respiration, l'oxygène moléculaire est utilisé pour décomposer les composés organiques du carbone. Chez les animaux, ce carbone provient de la nourriture qu'ils consomment, tandis que le carbone des plantes est obtenu lors de la photosynthèse. La respiration qui nécessite de l'oxygène est appelée respiration aérobie et consiste en oxygène acceptant les électrons du carbone. Des éléments autres que l'oxygène peuvent être utilisés pour accepter les électrons du carbone, bien qu'ils soient moins efficaces.
Respiration anaérobie
L'oxygène fournit le plus d'énergie aux plantes, aux animaux et aux microbes pendant la respiration. Cependant, lorsque tout l'oxygène de l'eau ou du sol saturé a été consommé, certains microbes peuvent remplacer l'oxygène par d'autres composés, notamment le fer, le manganèse, les nitrates et les sulfates, selon un processus appelé respiration anaérobie. La respiration anaérobie est courante dans les sols de terres humides, fréquemment inondés et contenant moins d'oxygène que les sols plus secs. Lorsque l'oxygène rentre dans le sol ou dans l'eau, la respiration aérobie reprend.