大爆炸后的宇宙处于绝热膨胀之中，低熵高质能量（如，万有引力能、核能、化学反应热，等）逐渐耗散为高熵低质能量（长波辐射），直至成为宇宙背景辐射。在熵增动力驱动下，“混沌”宇宙出现高能低熵的自组织“漩涡”，通过强化自身高能低熵状态加速系统的能量耗散和环境熵增。自组织系统可随外界环境而演化，唯一判据是特定条件下的熵增最大化。不同环境条件下可以形成不同的自组织形式，我们熟知的碳基生命仅仅是其中一种而已。

生命体吸收低熵高质能量和物质元素，以维系并扩大自身的低熵有序结构，同时将能量耗散产生的低质高熵能量释放至外界环境。当外界低熵高质能量输入不足以抵消其内部熵增时，生命个体死亡，物质元素重归环境。生命体与环境之间的能量流动和物质循环构成复杂反馈体系，形成具有“自我调控”能力的生态系统。生态系统的变化是绝对的、永恒的，稳定是相对的、暂时的。当环境条件的变化超出其调控能力，熵增最大化原则将驱动生态系统演变并伴随生物演替。当演变幅度与人类长期适应的环境条件不再匹配时，便出现所谓的生态环境问题。

元素是生态系统能量耗散的物质载体，也是生态系统熵增潜力的调控因子。生物地球化学研究元素在生物圈的迁移转化规律，是对生态系统抽象能量耗散过程的物化。其中，元素的生物地球化学过程必须遵守三个基本原则：1. 能量驱动原则：元素生物地球化学行为的本源动力是能量耗散与熵增，元素迁移转化具有特定的能量意义；2. 物质耦合原则：元素生物地球化学过程是基于其化学和生物功能属性的耦合-解耦过程，是相互联系的；3. 时空分异原则：元素的生物地球化学行为随环境条件的时间变化与空间差异而不同，以确保特定条件下的生态系统的最大熵增能力。

与其它刚性机械系统不同，生态系统是一个相对松散的自组织体系，因此给人类生存繁衍预留了弹性空间。掌握并运用生物地球化学规律可以帮助人类在不违背生态系统基本规律的前提下更好地生存繁衍。然而，科学认知同样是（信息）熵增过程，“未知”和知识“碎片化”随科学研究的投入日趋增加，科学家开始面临知识“收益递减”的尴尬局面。尤其是当科学研究呈现专业化、职业化甚至是企业化趋势时，科学家往往更专注于日益增多的“未知”，而忽略生态系统的整体性和关联性。作为生物圈的组成成分，人类不可能认知其中的全部规律。“未知”是无限的，但并非每个都与人类的生存繁衍密切关联。过度关注孤立“未知”的研究将彻底沦为“增熵游戏”，无助于回答生物地球化学的初始命题。因此，生物地球化学家在低头探索“未知”的同时，更应时常抬起头来环顾四周，看看有没有偏离起初设定的方向。如需绕路很远才能到达起初设定的目的地，自己激情投入且引以为傲的科学研究很可能仅具有“熵增”意义。

本文是笔者给博士研究生讲授《环境生物地球化学》课程十年的一点体会，也是贯穿整个讲授内容的主线。如有不足之处请多指正，以便在今后的教学和科学研究中不断改善。