生物地球化学
ただしガイア理論のうち、地球そのものを生命とみなすといった科学的な定義づけ・検証が困難な主張や、現在の地球環境が生命によって誘導された結果であるといった目的論的な要素は含まれない。しかしながらラブロックの理論は、生物と環境の相互関係について認識を新たにする重要なきっかけとなった。
現在の生物地球化学では、地球を生物圏、水圏、土壌圏、大気圏、岩石圏(リソスフェア)に分けて考える(土壌圏は生物圏または岩石圏に含められて議論される場合が多い)。特に生物圏は、時代に応じてその範囲が大きく変化したカテゴリーである。20世紀に入り微生物学の進歩によって、それまで存在を知られていなかった生命(主に細菌と古細菌)が多く発見されるようになり、さらに生命が存在しえないと思われていた極限的な環境にも実際には生命(極限環境微生物)が存在していることが明らかとなり、(我々が認識できる)生物圏は大きく拡大した。そのため生物が環境に与える影響も、以前に見積もられていたよりも実際にははるかに大きいということが理解されるようになってきた。さらに今日では、農業や工業を中心とした人類の活動が生物圏の中でもとりわけ大きな要素となっている(人新世を参照)。そのため人類活動が、地球上の物質循環に与える影響の定量的な見積もりが急務となっている。
現在の生物地球化学に近い概念を最初に提唱したのはロシア人科学者ウラジミール・ベルナドスキーである。1926年、彼の著書 The Biosphere はドミトリ・メンデレーエフの業績を受け継ぎ、地球全体を生命体として定式化した。ベルナドスキーは宇宙を3つの圏(sphere)に分類し、それぞれに独自の進化の法則があり、上位の圏が下位の圏に影響を与えるとした。
非生物圏(Abiotic sphere) - 非生物のエネルギーや物質の過程
生物圏(Biosphere) - 生物圏に生きる生命の過程
叡智圏(Nösphere) - 人類の認知的過程
欧米圏においては、アメリカ人科学者のジョージ・イヴリン・ハッチンソンがこの新たな学問分野の確立に寄与した。その後、イギリス人科学者ジェームズ・ラブロックが「ガイア理論」の名称で今日の生物地球化学の基本原理に当たる概念を一般化させた。ラブロックは生命というプロセスは、自身にとって地球を住みやすく保つために、フィードバック機構によって地球を制御していると主張した。生命と地球環境の相互作用という概念は今日の生物地球化学の基盤となっている。