นิเวศวิทยา
ความสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อม > สภาพแวดล้อมทางกายภาพ > ชีวธรณีเคมีและสภาพภูมิอากาศ

นักนิเวศวิทยาจะศึกษาและวัดงบประมาณสารอาหารที่จะเข้าใจว่าวัสดุเหล่านี้ถูกควบคุม มีการไหล และถูกรีไซเคิลผ่านสภาพแวดล้อมได้อย่างไร งานวิจัยนี้ได้นำไปสู่ความเข้าใจที่ว่ามีข้อเสนอแนะทั่วโลกระหว่างระบบนิเวศต่าง ๆ และพารามิเตอร์ทั้งหลายทางกายภาพของ ดาวเคราะห์ดวงนี้ รวมทั้งแร่ธาตุ ดิน ค่า pH ไอออน น้ำและก๊าซในชั้นบรรยากาศ หกองค์ประกอบที่สำคัญ (ไฮโดรเจน คาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน กำมะถัน และฟอสฟอรัส; H, C, N, O, S และ P) ก่อรูปเป็นเสาหลักของไมโครโมเลกุลทางชีวภาพทั้งหมดและป้อนเข้าสู่กระบวนการทางธรณีเคมีของโลก จากขนาดของชีววิทยาที่เล็กที่สุด ผลที่เกิดขึ้นโดยรวมของพันล้านของพันล้านของกระบวนการทางนิเวศวิทยาได้ทำการขยายและควบคุมอย่างหนักในวัฏจักรทางชีวธรณีเคมีของโลก การเข้าใจเกี่ยวกับความสัมพันธ์และวัฏจักรที่เป็นสื่อกลางระหว่างองค์ประกอบทั้งหลายเหล่านี้กับทางเดินของระบบนิเวศของพวกมันมีผลอย่างมีนัยสำคัญต่อการทำความเข้าใจชีวธรณีเคมีทั่วโลก
นิเวศวิทยาของงบประมาณคาร์บอนทั่วโลกเป็นตัวอย่างหนึ่งของการเชื่อมโยงระหว่างความหลากหลายทางชีวภาพและชีวธรณีเคมี คาดว่ามหาสมุทรของโลกเก็บปริมาณคาร์บอนไว้ 40,000 gigatonnes (Gt) พืชและดินเก็บ 2070 Gt และคาดว่าการปล่อยคาร์บอนจากเชื้อเพลิงฟอสซิลเป็น 6.3  Gt ต่อปี ได้มีการปรับโครงสร้างที่สำคัญในงบประมาณคาร์บอนทั่วโลกเหล่านี้ในช่วงประวัติความเป็นมาของโลก มีการควบคุมในระดับสูงมากโดยนิเวศวิทยาของพื้นดิน ตัวอย่างเช่นตลอดช่วงครึ่งแรกของช่วงเวลา Eocene volcanic outgassing ออกซิเดชันของแก๊สมีเทนที่เก็บไว้ในพื้นที่ชุ่มน้ำและแก๊สอื่นที่ก้นทะเลได้เพิ่มความเข้มข้นของ CO2 (คาร์บอนไดออกไซด์) ในชั้นบรรยากาศขึ้นอยู่ในระดับสูงถึง 3,500 พีพีเอ็ม
ในช่วง Oligocene (25-32 ล้านปีที่ผ่านมา) มีการปรับโครงสร้างที่สำคัญอีกครั้งหนึ่งของวัฏจักรคาร์บอนทั่วโลกเมื่อหญ้าได้พัฒนากลไกใหม่ของการสังเคราะห์แสงนั่นคือการ สังเคราะห์ C4 carbon fixation(C4) และได้ขยายช่วงสังเคราะห์ของพวกมันออกไป ทางเดินใหม่นี้ได้พัฒนาในการตอบสนองต่อการลดลงของความเข้มข้นของ CO2 ในชั้นบรรยากาศที่ระดับต่ำกว่า 550 พีพีเอ็ม ความชุกชุมและการกระจายสัมพันธ์ของความหลากหลายทางชีวภาพมีการเปลี่ยนแปลงพลวัตระหว่างสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อมของพวกมันเช่นระบบนิเวศที่สามารถเป็นได้ทั้งสาเหตุและผลกระทบที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ การปรับเปลี่ยนที่ขับเคลื่อนโดยมนุษย์ที่ทำกับระบบนิเวศของโลก (เช่นการปั่นป่วน การสูญเสียความหลากหลายทางชีวภาพ เกษตรกรรม) ก่อให้เกิดการเพิ่มขึ้นของระดับแก๊สเรือนกระจกในชั้นบรรยากาศ การเปลี่ยนแปลงของวัฏจักรคาร์บอนทั่วโลกในศตวรรษต่อไปคาดว่าจะเพิ่มอุณหภูมิของดาวเคราะห์ที่นำไปสู่ความผันผวนอย่างสุดขั้วในสภาพอากาศ เปลี่ยนแปลงการกระจายสายพันธุ์ และเพิ่มอัตราการสูญพันธุ์ ผลกระทบของภาวะโลกร้อนได้ถูกลงทะเบียนอยู่แล้วในธารน้ำแข็งที่กำลังละลาย น้ำแข็งบนยอดภูเขาที่กำลังละลาย และการเพิ่มขึ้นของระดับน้ำทะเล จากผลกระทบนั้นการกระจายสายพันธุ์กำลังมีการเปลี่ยนแปลงไปตามริมฝั่งน้ำและในพื้นที่ในทวีปบริเวณที่รูปแบบการอพยพและพื้นที่เพาะพันธุ์จะติดตามการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในสภาพภูมิอากาศ ชั้นดินเยือกแข็งคงตัว (อังกฤษ: permafrost) ขนาดใหญ่ก็กำลังละลายเช่นกันเพื่อสร้างตารางหมากรุกใหม่ของพื้นที่น้ำท่วมที่มีอัตราการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมการสลายตัวของดินเพิ่มการปล่อยแก๊สมีเทน (CH4) มีความกังวลเกี่ยวกับการเพิ่มขึ้นของแก๊สมีเทนในชั้นบรรยากาศในบริบทของวัฏจักรคาร์บอนทั่วโลกเพราะแก๊สมีเทนเป็นแก๊สเรือนกระจกที่มีประสิทธิภาพในการดูดซับรังสีคลื่นยาวมากกว่า CO2 ถึง 23 เท่าในช่วงเวลา 100 ปี ดังนั้น ภาวะโลกร้อนจึงมีความสัมพันธ์กับการสลายตัวและการหายใจในดินและพื้นที่ชุ่มน้ำที่ผลิตการฟีดแบ็คด้านสภาพภูมิอากาศอย่างมีนัยสำคัญและได้เปลี่ยนแปลงวัฏจักรชีวธรณีเคมีทั่วโลก