Sinh thái học
Liên hệ đến môi trường > Môi trường vật lý > Sinh địa hóa học và khí hậu

Bài chi tiết: Sinh địa hóa học
Xem thêm: Chu trình dinh dưỡng và Khí hậu
Các nhà sinh thái học nghiên cứu và đo quỹ dinh dưỡng để nắm rõ cách điều tiết, lưu chuyển và tái chế thông qua môi trường. Nghiên cứu này đã dẫn đến hiểu biết rằng có phản hồi toàn cầu giữa hệ sinh thái và những thông số vật lý của hành tinh này, gồm có khoáng chất, đất, độ pH, ion, nước và khí quyển. 6 nguyên tố chính (hydro, carbon, nitơ, oxy, lưu huỳnh và phosphor; viết tắt là H, C, N, O, S và P) hình thành cấu tạo của tất cả các đại phân tử sinh học và tham gia vào các quá trình địa hóa của Trái Đất. Từ quy mô sinh học nhỏ nhất, tác động hợp thể của hàng tỷ trên hàng tỷ quá trình sinh thái mở rộng ra rồi sau cùng điều phối các chu trình sinh địa hóa của Trái đất. Việc nắm được mối quan hệ và chu kỳ trung gian giữa những yếu tố này và con đường sinh thái của chúng mang ý nghĩa quan trọng đối với vốn hiểu biết hóa sinh toàn cầu.
Sinh thái của quỹ carbon toàn cầu lấy một ví dụ về mối liên hệ giữa đa dạng sinh học và địa hóa sinh học. Người ta ước tính rằng các đại dương trên Trái Đất chứa 40.000 gigaton (Gt) carbon, thảm thực vật và đất chứa 2070 Gt và lượng khí thải từ nhiên liệu hóa thạch là 6,3 Gt carbon mỗi năm. Đã có những cuộc tái cấu trúc lớn ở quỹ carbon toàn cầu này trong lịch sử Trái Đất, được điều chỉnh ở mức độ lớn bởi sinh thái của vùng đất. Ví dụ, thông qua phun trào núi lửa giữa thế Eocene, quá trình oxy hóa khí methan được cất trữ trong vùng đất ngập nước, còn khí ở đáy biển làm tăng nồng độ CO2 (carbon dioxide) trong khí quyển lên mức cao tới 3500 ppm.
Trong thế Oligocen, từ 25 đến 32 triệu năm trước, đã có một cuộc tái cấu trúc đáng kể khác của chu trình carbon toàn cầu khi cỏ phát triển một cơ chế quang hợp mới là quang hợp C4 và mở rộng phạm vi của chúng. Con đường mới này đã phát triển nhằm đáp ứng sụt giảm nồng độ CO2 trong khí quyển xuống dưới mức 550 ppm. Độ phong phú và phân bố đa dạng sinh học tương đối làm thay đổi động lực giữa sinh vật và môi trường của chúng, để các hệ sinh thái có thể vừa là nguyên nhân vừa là kết quả liên quan đến biến đổi khí hậu. Những thay đổi do con người điều khiển đối với 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. Biến đổi chu trình carbon toàn cầu trong thế kỷ tới được dự đoán sẽ làm tăng nhiệt độ hành tinh, dẫn đến những biến động thời tiết khắc nghiệt hơn, thay đổi phân bố của các loài và tăng tỷ lệ tuyệt chủng. Tác động của ấm lên toàn cầu đã được ghi nhận trong các sông băng tan chảy, các chỏm băng trên núi tan chảy và mực nước biển dâng cao. Do đó, sự phân bố của các loài đang thay đổi dọc theo bờ sông và ở những khu vực lục địa mà các mô hình di cư và nơi thú sinh đẻ đang dõi theo những thay đổi khắp nơi của khí hậu. Những mảng băng vĩnh cửu lớn cũng đang tan chảy để tạo ra một bức khảm mới gồm các khu vực ngập lụt có tốc độ hoạt động phân hủy đất tăng lên, làm tăng lượng khí thải methan (CH4). Hiện có mối lo ngại về tăng khí methan của khí quyển trong bối cảnh chu trình carbon toàn cầu, bởi vì methan là một khí nhà kính hấp thụ bức xạ sóng dài hiệu quả gấp 23 lần so với CO2 trên thang thời gian 100 năm. Do đó, có một mối liên hệ giữa ấm lên toàn cầu, phân hủy và hô hấp trong đất và vùng đất ngập nước tạo ra những phản hồi khí hậu đáng kể và làm thay đổi các chu trình sinh địa hóa trên toàn cầu.