Біздің жер шарымыздағы табиғи жағдайларында шағын немесе көп мөлшерде 92 элементтері айқындалды. Химия, биология мен геологияның ұштасуында жаңа бір ғылым түрі – биогеохимия қалыптасты. «Биогеохимия – тірі заттың элментті құрамы мен оның тасымалдануындағы рөлі туралы, биосферадағы химиялық элементтердің тасымалдануы мен шоғырлануы, олардың биологиялық рөлі туралы интеграцияланған ғылымы. Ол жер бетінің техногенді эволюциясымен және адам мен табиғаттың байланысу жолдарын іздестіруімен байланысқан ғылыми бағыттары болып табылады». Адам, табиғат және ғаламдық сәулелерімен өңделген жер бетінің жарты бір бөлігі биосфера деп аталады.
Биосфера термині алғаш рет австриялық ғалымы Э. Зюссомен (1831 - 1914) ХІХ ғасырдың соңында енгізілді, ол биосфераны тірі ағзалармен қаптаған Жердің сыртқы қабаты ретінде анықтады. ХХ ғасырдың басында В. И. Вернадский нақтылау енгізген, соған сәйкес биосфера тіршілік көзі мен биогеохимиялық белсенділік әсерінен Жердің сыртқы қабатын көрсетеді.
В. И. Вернадский өзінің «Биосфера және ноосфера» жұмысында жазған: «... Биосфераны тіршілік саласы ретінде анықтайды, алайда оны күн сәулесінен болатын өзгерістері болатын сыртқы қабаты ретінде анықтауға болады. Биосфераны құрайтын затын, біздер жанама және тура заты ретінде ажыратамыз. Жанама заты салмағы жағынан басым болады. Атомдардың жанама биосфера затынан тірі ағзаға және кері үздіксіз тасымалы жүреді». «Тірі зат биосфера саласында бүкіл немесе жалпы барлық химиялық элементтерін қамтиды және оларды реттеп тұрады. Олардың барлығы тіршілік көзі үшін қажет және ағзаға келіп түседі. Тіршілік көзіне тиесілі элементтердің ерекшелігі жоқ. Тек басымды болатын түрлері» (Вернадский В. И., 1938). «Тіршілік жер құбылысы», ол биосфераның жер қабатындағы барлық химиялық элементтерінің химизм, тасымалдану процестерін анықтайды. Тірі ағзада болатын көптеген ондаған және жүз мыңдаған химиялық реакциялар бірыңғай тәртіпте іске асырыла қоймай, бірақ бұл барлық тәртіп жалпы сыртқы орта жағдайында бүкіл тіршілік жүйесінің өзіндік сақталуы мен өзіндік қалпына келуін сипаттайды. В. В. Ковальский (1982) В. И. Вернадский идеясын дамыта отырып, - «ағза мен орта» (оның ішінде биогеохимиялық), деп ескерген, бұл ағза мен орта биосферадағы бір біріне тәуелді құбылыстары, олардың тіршілік және орта эволюциясын дара дара қарау керек».
Бұл жүйеде қоршаған ортаның геохимиялық факторларына қатысты терең метаболизм байланыстары бекиді. Оған мысал ретінде топырақ қабатына органикалық заттардың бөліну процесі болады, химиялық элементтері (металлдар, микроэлементтер) жасушалы мембраналары арқылы тасымалдану процестерінде белсенділік танытатын және биогендік циклдерінде звеноларға алмасатын кешенді қосылыстарының ағзаларынан тыс ортасында бөлетіндер. Қалаландырылған ареалдар жаңа қосылыстардың жаңа эмиссиялану көздері ғана емес, сондай - ақ металлдарды кешенге айналдыратын және оларды ғаламдық миграциялық ареалға қосатын техногендік хелатты матрица шеңбері түрінде көрінеді. Қоршаған ортадағы химиялық элементтердің алмасу процестеріне әсерін зерттеу, ағзалардың қалыпты және патологиялық реакциялардың табиғи жағдайлардағы биогеохимиялық орта факторларынан тәуелділік себептерін айқындау және сараптамасы геохимиялық экологияда биосфера саласын жүйелі түрде зерттеу салдары ретінде соңғы мақсатын құрайды. Ағзаға әсер ету кезінде элементтердің үлесі, мөлшері, табиғаты мен қатынасы және олардың сол кезде болатын шарттары да үлкен орасан мәнге ие. Сондықтан жеке элементтердің әсері мен олардың бірегей әрекет ету салдарынан биохимиялық процестердің күшеюі немесе әлсіреуі, кейде зат алмасуының дисфункциясы да байқалады. Бұл туралы тірі заттардағы элементтердің шоғырлануы негізінде жатқан механизмдердің бірыңғайлылығы куәландырады, ол биологиялық жүйенің химиялық құрамының ерекшеліктері және онда болатын метаболизм процестерімен де, химиялық элементтерінің қасиеті және құрылысымен де байланысты. В. И. Вернадскийдің биогеохимиялық теориясына сәйкес, биосфера тіршілік көзі жүретін орта ғана емес, сондай - ақ осы тіршілік көзінің нәтижесі де болады. Биосфераның ерекшелігі мынада: мұнда үнемі ағза қызметімен сипатталған элементтердің түр алмасу процестері жүреді. Ағзада жер бетінде және теңіз суында кездесетін барлық элементтерді айқындауға болады. В. И. Вернадскийдің теориясы бойынша топырақ > су > қорек > адам тізбегі бойынша атомдардың биогенді миграциясы жүреді. Тіршілік ету нәтижесінде іске асатын элементтердің алмасу процесінің салдарынан, ақиқат зоналары экожүйелер деп аталады және оны В. Н. Сукачев айтқандай, биогеоценоздар . А. П. Виноградовтың пікірінше, (1949) ағзадағы микроэлементтердің мазмұны бірқатар шарттарға тәуелді белгі болып табылады: жас, жыныс, жыл мезгілі және тәулік мерзімі, еңбек шарттары мен физиологиялық жағдайы. Макро - және микроэлементтері үшін элементтердің ауытқу биоритмдері бекітілген (3 - сағаттық интервалдан 100% - ға дейін).
Биогеохимиялық циклдер биосфераның ерекше қасиеті болып табылады. Бұл биологиялық алмасу процестері өзінің сипатына қарай циклды болуымен байланысты. Химиялық элементтер салмағының динамикалық алмасуы тірі ағзалардың да, биосфераның негізгі құрамдастарын да (геологиялық жынысы, топырақ қабаты мен ауа қабаты) қолдайды. Биогеохимиялық циклдердің әмбебаптылығы жалпы табиғаттың әмбебаптылығына негізделген. ағзалардағы химиялық элементтер мен олардың қауымдастықтарының алмасу процестері Жердің өз өсі және Күннен айналуын, күн энергиясының табиғи эволюциясын, біздің Ғаламшардағы күн жүйесінің орналасуы мен Ғаламшардың Бүкіләлем бойынша орнын сипаттайды. Осылайша, масса алмасудың кеңістікті және уақытша циклдері биосфераны құрайды. В. И. Вернадскийдің негізгі биогеохимиялық принциптері ішінде биогеохимиялық циклдерінің қайтымды және қайтымсыздылығы туралы ережесі де жатыр. Биосфера салмағының 99, 7% - ын құрайтын бүкіл химиялық элементтердің тарихы биогеохимиялық циклдер тұжырымдамасы төңірегінде анықталады деп ойлады. Бұл циклдер толықтай қайтымды болып есептелмейді. Әр түрлі элементтердің биогеохимиялық циклдерінің толық емес қайтымдылығы мен олардың тұйықсыздылығы Жер қабатының геохимиялық біртексізділігін және тірі ағзалардың бейімделу дәрежесін сипаттайды.
Биогеохимиялық қоректік (трофикалық) тізбектерінің тұжырымдамасы ағзалар арасындағы өзара байланысын анықтайды, олар арқылы экожүйеде заттар мен энергия көздерінің трансформациясы жүреді. Қоректік тізбектердің құрамында «қорек – тұтынушы» қатынасымен бір бірімен байланысқан дарақтар тізбегі кіреді, тиісінше, қоректік тізбектері әрбір келесі звеносы үшін қорек болатын әрбір келесі звеносы сомасын көрсетеді. Қоректік тізбегі әдетте 2 - ден 5 звеноларға дейін тізбегін құрайды. Мысалы, бастапқы өнімін органикалық заты түрінде құрайтын фото - және хемосинтездеуші ағзалары (процуденттер) – өсімді қоректі жануарлар (фитофагтар) бастапқы тұтынушылар ретінде (консументтер) – жыртқыш жануарлар туынды тұтынушылар (жыртқыштар) – өлі органикалық заттарды зақымдаушы ағзалар (микроағзалар).
Ғаламдық биогеохимиялық циклдың мысалы су циклы болып табылады, ол жүйелі түрді 1. 1 суретінде көрсетілген. Мұнда әр түрлі резервуарлардағы судың массасы, осы резервуарлар арасындағы және жалпы масса алмасу жылдамдығы кезінде сулардың масса ағындары. Судың ең үлкен массасы Әлемдік мұхитында шоғырланған. Күн радиациясының әсерінен булану процесінде су атмосфера қабатына бөлінеді, одан әрі теңіз немесе құрлық беттеріне тасымалданады. Содан соң су жер беті ағындарынан және/немесе булану нәтижесінде кері мұхитқа қайта тасымалданады.
Гидрологиялық циклы ғаламдық биогеохимиялық цикл мысалы ретінде . Ауқымы : 1012 т Н2О (баланс) және 1012 т Н2О/ жыл ( ағындары )