La loi de la conservation de la masse s’applique également au mouvement de la matière dans les systèmes vivants. Comme les nutriments se déplacent dans la biosphère, les éléments sont continuellement transférés entre les organismes et leur environnement par le biais des cycles biogéochimiques, tels que le cycle de l’azote et le cycle du phosphore.
Le mouvement du carbone à travers le cycle du carbone fournit un bon exemple de la façon dont la masse est conservée dans les systèmes vivants. La source du carbone que l’on trouve dans la matière vivante est le dioxyde de carbone qui se trouve dans l’air ou dissous dans l’eau. Dans les environnements terrestres, les plantes utilisent le dioxyde de carbone de l’air pour fabriquer des hydrates de carbone par photosynthèse. Ces composés passent aux herbivores (organismes qui mangent les plantes), puis aux organismes qui mangent les herbivores. Pour obtenir de l’énergie, les organismes décomposent les glucides par la respiration cellulaire, libérant ainsi du dioxyde de carbone dans l’atmosphère. Le carbone contenu dans les déchets animaux – et dans les tissus des organismes morts – est libéré dans l’environnement par décomposition. Une partie du carbone retourne dans l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone. Cependant, une partie du carbone est stockée dans le sous-sol. Le carbone contenu dans les combustibles fossiles, tels que le charbon et le pétrole, provient des tissus décomposés de plantes et d’animaux déposés il y a des millions d’années. Ce carbone retourne dans l’atmosphère par combustion lorsque ces combustibles sont brûlés. La combustion est également responsable du dioxyde de carbone libéré lorsque la végétation est brûlée et lorsque les volcans entrent en éruption.
Le carbone se déplace également dans les écosystèmes aquatiques, où le dioxyde de carbone dissous dans l’eau est absorbé par les algues et le phytoplancton pour la photosynthèse et renvoyé dans l’eau par la respiration cellulaire. Le carbone déposé dans les sédiments de fond à partir des restes décomposés d’organismes aide à former des composés minéraux que certains animaux aquatiques, comme les huîtres, incorporent dans leur coquille.
Le cycle du carbone montre que les mêmes atomes de carbone peuvent – au cours des éons – se déplacer à plusieurs reprises entre les organismes, l’atmosphère, le sol et les océans. Le carbone libéré sous forme de dioxyde de carbone par un animal peut rester dans l’atmosphère pendant 5 ou 10 ans avant d’être absorbé par un autre organisme, ou le carbone peut revenir presque immédiatement dans une plante voisine et être utilisé pendant la photosynthèse. Même lorsque les organismes meurent, le carbone contenu dans leurs tissus n’est pas détruit, bien qu’il puisse changer de forme au cours de son cycle dans l’environnement.