Sinh học và khí hậu học
Bài chi tiết: Biogeochemistry
Xem thêm: Chu trình dinh dưỡng và khí hậu
Các nhà sinh thái học nghiên cứu và đo lường ngân sách dinh dưỡng để hiểu cách thức các vật liệu này được quy định, luồng và tái sử dụng thông qua môi trường Nghiên cứu này đã dẫn đến sự hiểu biết rằng có sự phản hồi toàn cầu giữa các hệ sinh thái và các thông số vật lý của hành tinh này, bao gồm khoáng vật, đất, pH, ion, nước, và khí quyển khí quyển. Sáu yếu tố chính (hydro, cacbon, nitơ, oxy, lưu huỳnh và phosphorus, H, C, N, O, S, và P) tạo thành sự hình thành của tất cả các đại phân tử sinh học và ăn vào các quá trình địa hoá của Trái Đất. Từ quy mô nhỏ nhất của sinh học, hiệu quả kết hợp của hàng tỉ hàng tỷ các quá trình sinh thái khuếch đại và cuối cùng điều chỉnh các chu trình sinh học của trái đất. Hiểu được các mối quan hệ và chu kỳ trung gian giữa các yếu tố này và các con đường sinh thái của chúng có ý nghĩa quan trọng đối với sự hiểu biết biogeochemistry toàn cầu.
Sinh thái của ngân sách các-bon toàn cầu cho thấy một ví dụ về mối liên kết giữa đa dạng sinh học và biogeochemistry. Người ta ước tính rằng các đại dương của Trái Đất chứa 40.000 gigatonnes (Gt) carbon, thảm thực vật và đất giữ 2070 Gt, và phát thải nhiên liệu hoá thạch là 6,3 Gt carbon mỗi năm Đã có những sự tái cơ cấu lớn trong ngân sách các-bon toàn cầu trong lịch sử Trái đất, điều này được quy định một cách rộng rãi bởi nền sinh thái của đất đai. Ví dụ, qua sự phun trào núi lửa Eocene sớm sớm, việc oxy hóa mêtan được lưu trữ ở các vùng đất ngập nước, và các khí đáy biển làm tăng nồng độ CO2 trong khí quyển lên tới mức 3500 ppm
Trong Oligocen, từ 25 đến 32 triệu năm trước, đã có một sự chuyển đổi cơ cấu khác của chu trình các-bon toàn cầu vì cỏ phát triển một cơ chế quang hợp mới, quang hợp C4 và mở rộng phạm vi của chúng. Con đường mới này phát triển để đáp ứng với sự giảm nồng độ CO2 trong khí quyển dưới 550ppm. Sự phong phú và sự phân bố đa dạng sinh học tương đối làm thay đổi động lực giữa các sinh vật và môi trường của chúng sao cho các hệ sinh thái có thể là nguyên nhân và ảnh hưởng liên quan đến biến đổi khí hậu. Những thay đổi do con người điều chỉnh hệ sinh thái của hành tinh (ví dụ, xáo trộn, mất đa dạng sinh học, nông nghiệp) góp phần làm tăng mức khí nhà kính trong khí quyển. Dự kiến chuyển đổi chu kỳ carbon toàn cầu trong thế kỷ tới sẽ làm tăng nhiệt độ của hành tinh, dẫn đến các biến động thời tiết khắc nghiệt hơn, thay đổi sự phân bố của loài và tăng tỷ lệ tuyệt chủng. Ảnh hưởng của sự nóng lên toàn cầu đã được đăng ký trong các sông băng nóng chảy, tan băng băng núi và mực nước biển dâng cao. Do đó, phân bố các loài đang thay đổi dọc theo bờ sông và ở các khu vực lục địa, nơi các mô hình di cư và các cơ sở chăn nuôi đang theo dõi sự thay đổi hiện tại của khí hậu. Các phần lớn của lớp băng vĩnh cửu cũng tan chảy để tạo ra một bức tranh khảm mới của các khu vực bị ngập nước với tốc độ gia tăng hoạt động phân rã đất làm tăng phát thải khí mê-tan (CH4). Có quan ngại về sự gia tăng khí mê-tan trong khí quyển trong bối cảnh chu kỳ carbon toàn cầu vì khí mê-tan là khí nhà kính có hiệu quả gấp 23 lần trong việc hấp thụ bức xạ sóng dài hơn CO2 trong thang thời gian 100 năm Do đó, có một mối quan hệ giữa sự nóng lên toàn cầu, phân hủy và hô hấp trong đất và đất ngập nước tạo ra phản hồi khí hậu đáng kể và các chu trình sinh học bị thay đổi toàn cầu