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Natürliche Kreisläufe sind Stoffkreisläufe, die durch Energieumwandlungen aufrechterhalten werden. Die Stoffe in den Kreisläufen unterliegen in unterschiedlichem Maße verschiedenen physikalischen, chemischen oder biogeochemischen Zustandsveränderungen. In den Kreisläufen der Stoffe werden entweder nur der Weg eines chemischen Elements und seiner anorganischen und organischen Verbindungen, oder der Weg einer einzigen Verbindung eines Elementes betrachtet.

Natürliche Kreisläufe sind Stoffkreisläufe, die durch Energieumwandlungen aufrechterhalten werden. Die Stoffe in den Kreisläufen unterliegen in unterschiedlichem Maße verschiedenen physikalischen, chemischen oder biogeochemischen Zustandsveränderungen. In den Kreisläufen der Stoffe werden entweder nur der Weg eines chemischen Elementes und seiner anorganischen und organischen Verbindungen, oder der Weg einer einzigen Verbindung eines Elementes betrachtet.

Chemosynthese (auch Chemolithotrophie oder Chemoautotrophie) ist eine Form des chemotrophen Energiestoffwechsels (Chemotrophie), bei dem anorganische Verbindungen oder Ionen die Reduktionsäquivalente für den Energiegewinn liefern. Chemosynthese betreiben chlorophyllfreie Prokaryoten. Sie kommt bei Bodenbakterien und Wasserbakterien vor. Dieser Prozess wurde von SERGEJ NIKOLAJEWITSCH WINOGRADSKIJ (1856-1953) bei den schwefeloxidierenden Bakterien, eisenoxidierenden Bakterien (1887, 1889) und den nitrifizierenden Bakterien (1890) entdeckt.
Bei der Chemolithotrophie werden durch die Oxidation von anorganischen Stoffen ATP als Energiequelle und das Reduktionsmittel ${\text{NADH + H}}^{\text{+}}$ als Voraussetzungen für die Herstellung von Kohlenhydraten im CALVIN-Zyklus bereitgestellt. Bei der ersten Phase werden u.a. durch Nitrifikation oder Schwefeloxidation die Voraussetzungen für den CALVIN-Zyklus gebildet. Besondere Bedeutung haben u.a. nitrifizierende Bakterien im Rahmen des Stickstoffkreislaufs oder Schwefelbakterien für die Reinigung der Abwässer.

Stickstoff ist eines der Elemente, das alle Lebewesen der Erde für körpereigene Eiweiße benötigen.

Der mit den Lebewesen verknüpfte Kreislauf des Stickstoffs lässt sich in vier Abschnitte unterteilen: Fixierung des Luftstickstoffs, Assimilation von Stickstoff in Pflanzen, Umwandlung von organischen Stickstoffverbindungen und Umwandlung von organischen Stickstoffverbindungen in anorganische.