Redigerer Biogeokjemisk kretsløp (avsnitt)

=== Boksmodeller ===
[[Fil:Simple_box_model.png|mini|Grunnleggende boksmodell]]

Grunnstoffene som inngår i kretsløpene finnes i store lagre i den ikke-levende naturen, av disse er det bare en meget liten del som går inn i kretsløpene i økosystemene. Mange av stoffene finnes på steder i jorden eller i en slik form at de ikke så lett kan gå inn i kretsløpene. Generelt finnes stoffene enten i fri form eller i kjemiske forbindelser. For eksempel finnes karbon og nitrogen i gassform i luft og en mindre menge finnes i vann. Fosfor og svovel finnes i stein i jordskorpen.{{sfn|Taksdal|1996|p=27–29}}

Boksmodeller er mye brukt til å modellere biogeokjemiske systemer.<ref name=Sarmiento1984>{{cite journal| author = Sarmiento, J.L.|author2=Toggweiler, J.R.| year = 1984| title = A new model for the role of the oceans in determining atmospheric P CO 2| journal = Nature| volume = 308| pages = 621–24| doi = 10.1038/308621a0| issue=5960 |bibcode = 1984Natur.308..621S |s2cid=4312683}}</ref><ref name=Bianchi2007>Bianchi, Thomas; ''Biogeochemistry of Estuaries'' (2007) side 9, Oxford University Press. {{ISBN|9780195160826}}.</ref> Boksmodeller er forenklede versjoner av komplekse systemer og reduserer dem til bokser (eller reservoarer) for kjemiske stoffer. Disse er koblet sammen av materialstrømmer (flyt). Enkle boksmodeller har et vist antall bokser med spesielle egenskaper, for eksempel volum, som ikke endres med tiden.<ref name="Bianchi2007" /> Disse modellene brukes ofte til å utlede analytiske formler som beskriver dynamikken og tilstand til de involverte biogeokjemiske stoffene.

Diagrammet til høyre viser en grunnleggende boksmodell. Reservoaret inneholder en gitt mengden av stoffet ''M'' som betraktes og som er definert av kjemiske, fysiske eller biologiske egenskaper. Kilden ''Q'' er strømmen av stoff inn i reservoaret, og sluket ''S'' er strømmen av materiale ut av reservoaret. Budsjettet er balansen mellom kilder og sluk som påvirker stoffomsetningen i et gitt reservoar. Reservoaret er i en tilstand av balanse hvis ''Q'' = ''S'', det vil si hvis kildene balanserer sluket og det ikke er noen endring over tid.<ref name=Bianchi2007 />

[[Fil:Simplified_budget_of_carbon_flows_in_the_ocean.png|mini|Enkel boksmodell med tre elementer. Forenklet budsjett for havkarbonstrømmer.<ref name=Middelburg2019>Middelburg, J.J.(2019) ''Marine carbon biogeochemistry: a primer for earth system scientists'', page 5, Springer Nature. {{ISBN|9783030108229}}. {{doi|10.1007/978-3-030-10822-9}}. [[File:CC-BY icon.svg|50px]] Material was copied from this source, which is available under a [https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ Creative Commons Attribution 4.0 International License]</ref>]]

Oppholds- eller omsetningstiden er den gjennomsnittlige tiden materialet tilbringer i reservoaret. Hvis reservoaret er i balansert tilstand, er dette det samme som tiden det tar å fylle eller tømme reservoaret. Dersom ''τ'' er gjennomstrømningstiden vil følgende gjelde: ''τ = M''/''S''.<ref name=Bianchi2007 /> Ligningen som beskriver hastigheten på endring av innhold i et reservoar er

: <math>\frac{dM}{dt} = Q - S = Q - \frac{M}{\tau}.</math>

Når to eller flere reservoarer er koblet sammen, kan stoffet betraktes som en strøm mellom reservoarene, og det kan være forutsigbare mønstre for denne strømmen.<ref name=Bianchi2007 /> Mer komplekse modeller med flere bokser løses vanligvis ved hjelp av [[Numerisk analyse|numeriske metoder]].

Diagrammet viser et forenklet budsjett for karbonkretsløpet i havet. Den består av tre enkle sammenkoblede boksmodeller, en for [[Eufotisk|eufotisk sone]], en for vannmassene eller dyphavet og en for havsedimenter. I den eufotiske sonen, er netto produksjon av planteplankton rundt 50 Pg karbon hvert år. Cirka 10 Pg karbon eksporteres til havets indre mens de andre 40 Pg karbon respireres. Organisk nedbrytning av karbon skjer som partikler (marine snø) som faller ned i vannmassene. Bare 2 Pg karbon når til slutt havbunnen, mens andre 8 Pg karbon havner i dyphavet. I sedimenter øker tidsskalaen som er tilgjengelig for nedbrytning med det resultat at 90 % av det organiske karbonet som leveres blir nedbrutt og bare 0,2 Pg karbon per år blir til slutt begravet og overført fra biosfæren til litosfæren.<ref name=Middelburg2019 />