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生物地球化学は、自然環境（生物圏、氷圏、水圏、土壌圏、大気圏、岩石圏を含む）の構成を支配する化学的、物理的、地質学的、生物学的プロセスと反応の研究を含む科学分野です。特に、生物地球化学は、炭素や窒素などの化学元素の循環、およびそれらが地球規模の生物システムを通じて空間的および時間的に輸送される生物との相互作用と生物への取り込みの生物地球化学的サイクルを研究します。この分野は、生物活動によって駆動されるか、または生物活動に影響を与える化学サイクルに焦点を当てています。炭素、窒素、酸素、硫黄、鉄、リンのサイクルの研究に特に重点が置かれています。 [ 1 ]生物地球化学は、システム生態学と密接に関連するシステム科学です。
古代ギリシャ人は、自然は循環から成るという生物地球化学の核心的な考え方を確立した。[ 2 ]
18 世紀の土壌化学に対する農業の関心は、栄養素と生化学的プロセスとの関連性についての理解を深めることにつながった。有機生命のサイクルとその化学生成物とのこの関係は、デュマとブッサンゴーが1844 年の論文でさらに展開し、生物地球化学の発展における重要なマイルストーンと考えられている。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]ジャン＝バティスト・ラマルクは 1802 年に初めて生物圏という用語を使用し、他の人々は 19 世紀を通じてこの概念を発展させ続けた。[ 3 ]チャールズ・ライエル、ジョン・ティンダル、ジョセフ・フーリエなどの科学者による初期の気候研究は、氷河作用、風化作用、気候を結びつけ始めた。[ 5 ]
現代生物地球化学の創始者は、ロシアとウクライナの科学者であるウラジーミル・ヴェルナツキーである。彼の1926年の著書『生物圏』 [ 6 ]は、メンデレーエフの伝統を受け継ぎ、地球を生命体として捉える物理学を定式化した。[ 1 ]ヴェルナツキーは3つの球体を区別したが、球体は位相空間の概念に似た概念であった。彼は、それぞれの球体には独自の進化法則があり、上位の球体が下位の球体を変化させ、支配していることを観察した。
人間の活動（例えば、農業や工業）は、生物圏と非生物圏を変化させます。現代の環境において、人間が他の2つの圏に及ぼす影響は、地質学的力に匹敵するほどです（人新世を参照）。
アメリカの湖沼学者で地球化学者のG・エヴリン・ハッチンソンは、この新しい分野の広範な範囲と原理を概説した人物として知られています。より最近では、生物地球化学の基本的な要素が、イギリスの科学者で作家のジェームズ・ラブロックによってガイア仮説という名称で再提示され、普及しました。ラブロックは、生命過程がフィードバック機構を通じて地球を制御し、居住可能な状態を維持しているという概念を強調しました。マンフレッド・シドロフスキーの研究は、初期地球の生化学に関するものでした。[ 7 ]
生物地球化学的サイクルとは、化学物質が地球の生物圏と非生物圏を循環（回転または移動）する経路のことです。生物圏は生物圏であり、非生物圏は大気圏、水圏、岩石圏です。カルシウム、炭素、水素、水銀、窒素、酸素、リン、セレン、鉄、硫黄などの化学元素の生物地球化学的サイクルや、水やシリカなどの分子サイクルがあります。岩石サイクルなどの巨視的サイクルや、ポリ塩化ビフェニル（PCB）などの合成化合物の人為的サイクルもあります。一部のサイクルでは、物質が長期間留まる、または隔離されるリザーバーがあります。 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
生物地球化学の研究グループは、世界中の多くの大学に存在します。これは非常に学際的な分野であるため、大気科学、生物学、生態学、地球微生物学、環境化学、地質学、海洋学、土壌科学など、幅広い分野にまたがって活動しています。これらの研究グループは、地球科学や環境科学といったより大きな学問分野の中に位置づけられることも少なくありません。
多くの研究者が、炭素、酸素、窒素、リン、硫黄などの化学元素とその安定同位体の生物地球化学的循環を研究している。微量元素、例えば微量金属や放射性核種の循環も研究対象となっている。この研究は、鉱床や石油の探査、そして環境汚染の浄化において、明らかに応用可能なものである。
生物地球化学における重要な研究分野には、以下のようなものがある。
進化生物地球化学は、生物地球化学的サイクルの研究を地球の地質史に応用する現代生物地球化学の一分野です。この分野では、生物地球化学的サイクルの起源と、それが地球の歴史を通じてどのように変化してきたか、特に生命の進化との関連において調査します。[ 11 ]
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