1. Вивчення геохімічної поведінки окремих елементів, а також зміни речовини, енергії та інформації в біосфері.

Енергія, з точки зору фізики – здатність об’єкта або системи виробляти роботу. Енергія не може з’являтися і щезати, вона може лише тільки накопичуватися в різних системах або об’єктах, а може переходити: якщо в одній системі енергії стало більше, це означає, що в іншій на стільки ж її стало менше. Енергія може переходити з одного стану в інший, по-різному проявлятися в різних системах.

Все, що стосується передачі або перетворення енергії, підкоряється відповідним фізичним законам. Це відноситься і до енергетичних процесів і в тому числі з населяючими їх живими організмами.

Традиційний підхід до вивчення природних процесів припускав, що для розуміння любого процесу достатньо встановити як змінюються в ньому речовина і енергія. В другій половині XX сторіччя до цих двох аспектів додався третій – інформаційний.

Інформація – (від лат. «інформатіо» - повідомляю або розповідаю) це любі відомості, які можуть передаватися від людини до людини, від людини до тварини, від тварини до тварини, від людини до машини, від машини до людини і таке інше. Інформація трактується як одне з фундаментальних наукових понять того ж рангу, що і речовина. Енергія, простір, час. Окрім соціальної та біологічної інформації можна говорити і про інформацію про неживу природу. Аналіз біогеохімічних процесів з інформаційних позицій набуває все більше значення.

Інформація, як і енергія, може знаходитися в різних станах, переходити або переводитися з одного стану в інший. Причому і на сприяття інформації (як говорять - считування), і на її зміни уходить багато енергії.

Інформація – найбільш пагано вивчене явище в нашому світі. Закон збереження і перетворення енергії, відомий значно краще, чим закони існування інформації. Вивчення інформації людством, за суттю, тільки починається.

2. Системний підхід. Інформаційний підхід. Вивчення біогеохімічних систем на основі загальної теорії систем з точки зору кібернетики і синергетики.

Все, що спостерігалося, можна представити у вигляді системи. Система – це об’єкт, який складається множини пов’язних між собою більш дрібних об’єктів. Кожен з Вас – теж система, яка складається з рук, ніг, голови, шлунка, серця, очей, носа, вух та іншого. Всі частини Вашого тіла і всі органи є елементами системи, і без кожного з них і всієї системи не буде, вірно? Кожен з елементів також можна представити собі як систему іншого рангу, яка складається із ще більш простих елементів. Наприклад, голова – це елемент в системі «людина», тоді очі, вуха, рот, нос, мозок – теж елементи в системі «голова».

До систем різного рангу відносяться Земля в цілому, кожна з її оболонок, біосфера, грунт, живий організм і таке інше. Географічна оболонка і біосфера можуть розглядатися як природні системи найбільш високого, глобального рівня організації. В свою чергу, в їх складі можуть бути виділені численні і різноманітні системи більш низьких рангів.

Оскільки ми самі виділяємо елементи системи, які розглядаємо, виходить, що для кожного об’єкту потрібно придумати багато різних систем і кожна система буде відбивати різні якості цього об’єкта. Щоб система відбивала самі основні якості об’єкта, необхідно в ній виділити самі головні, саме йому притаманні елементи.

Ця побудова системи називається структура. Для кожної системи характерні протилежні процеси, які пов’язують її частини в єдине ціле. Таким чином, структура – це сукупність складових части системи і спосіб зв’язку між ними.

Загальна теорія систем розрізняє прямі і зворотні зв’язки. Зворотній зв’язок позитивний, коли результат процесу підсилює його і система еволюціонує, тобто все більше віддаляється від вихідного стану. Зворотний зв’язок негативний, якщо результат процесу послабляє цей процес і стабілізує систему, тобто відновлює її вихідний стан. В результаті дії негативного зворотнього зв’язку в системі можливе саморегулювання.

В багатьох системах існує структурний центр – головна її частина, яка визначає своєрідність даної системи. До таких централізованих систем відносяться Сонячна система (центр – Сонце), тварини і людина (центр – мозок), ландшафт (центр – рослинний покрив вододілів), підприємство (центр – дирекція) і таке інше. Існують також покров нецентралізовані (такі, що немають центру), біцентричні (з двома рівноправними центрами) і поліцентричні (з множиною центрів) системи. Структуру можна уявити як систему, в якій виділені головні елементи. Зверніть увагу: ми самі виділяємо необхідні нам елементи систем, щоб краще зрозуміти об’єкти, які вивчаємо. Дуже важливо зрозуміти, які елементи в системі самі головні. Наприклад, палець – це елемент системи «людина», мозок – елемент тієї ж системи. Який з них важливіший? Звичайно, мозок. Без пальця людина буде жити і збереже все, чим відрізняється від любої іншої тварини, а без мозку жити вона не зможе. Саме завдяки своєму великому і складно побудованому мозку вона може бути власне людиною з її складною поведінкою і вмінням мислити. Отже дослідження любої системи необхідно починати з вивчення її центру.

Науковці поділяють системи на статичні і динамічні. Елементи, з яких складається статична система, нерухомі, і тому сама система не здатна змінюватися, якщо не неї ніщо не діє ззовні. А в динамічній системі елементи рухливі, зв’язки між ними складніші, і сама система здатна до самовільних змін.

Геохімія в цілому і геохімія біосфери, частково, вивчає ті ж самі системи, що і інші науки про Землю, але їх специфіка складається у вивченні цих систем на атомарному рівні. Системи, які вивчаються в геохімії можна розділити на чотири основних типи:

1. Абіогенні системи, які включають лише неорганічну речовину.

2. Біологічні системи – живі організми та їх асоціації, наприклад, біоценози.

3. Біокосні системи, для яких характерно тісне взаємопроникнення живих організмів і неорганічної («косної» за В.І. Вернадським) матерії. Наприклад, грунти, кори вивітрювання, ландшафти, океани та інше. Сама крупна біокосна система – біосфера.

4. Техногенні системи – промислові підприємства, міста, транспортні артерії і таке інше.

При вивченні систем необхідно досліджувати їх речовину, енергетику, інформацію. Інформаційний підхід набуває особливо велике значення, так як з ним пов’язані поняття центр, структура, зворотний зв’язок, складність, впорядкованість, самоорганізація та інші важливі характеристики систем. Під час системних досліджень в геохімії застосовуються методи загальної теорії систем, теорії інформації, кібернетики.

Для багатьох систем характерні нелінійні співвідношення, коли незначний за інтенсивністю сигнал приводить до великих (іноді навіть катастрофічних) змін в системі. До подібних систем відноситься і біосфера.