Наука о планете Земля
Науки о Земле или геонауки включают в себя все области естествознания , связанные с планетой Земля . [1] Это отрасль науки, занимающаяся физическим, химическим и биологическим комплексным составом и синергетическими связями четырех сфер Земли: биосферы , гидросферы / криосферы , атмосферы и геосферы ( или литосферы ). Науку о Земле можно считать отраслью планетологии , но с гораздо более древней историей.
Существуют редукционистский и целостный подходы к наукам о Земле. Это также исследование Земли и ее соседей в космосе. Некоторые ученые Земли используют свои знания о планете для поиска и разработки энергетических и минеральных ресурсов. Другие изучают влияние человеческой деятельности на окружающую среду Земли и разрабатывают методы защиты планеты. Некоторые используют свои знания о земных процессах, таких как извержения вулканов , землетрясения и ураганы , чтобы защитить людей от этих опасных явлений.
Обычно учёные-землеведы используют инструменты геологии , хронологии , физики , химии , географии , биологии и математики , чтобы получить количественное представление о том, как работает и развивается Земля. Например, метеорологи изучают погоду и отслеживают опасные штормы. Гидрологи исследуют воду и предупреждают о наводнениях. Сейсмологи изучают землетрясения и пытаются понять, где они произойдут. Геологи изучают горные породы и помогают найти полезные ископаемые. Ученые-землеведы часто работают в полевых условиях — возможно, взбираются на горы, исследуют морское дно, ползают по пещерам или бродят по болотам. Они измеряют и собирают образцы (например, камни или речную воду), а затем записывают свои результаты на диаграммах и картах.
Геология [ править ]
.jpg)
Геология в широком смысле — это изучение структуры, вещества и процессов Земли. Геология – это в основном изучение литосферы или поверхности Земли, включая кору и горные породы . Он включает в себя физические характеристики и процессы, происходящие в литосфере, а также то, как на них влияет геотермальная энергия . Он включает в себя аспекты химии, физики и биологии при взаимодействии элементов геологии. Историческая геология — это применение геологии для интерпретации истории Земли и того, как она менялась с течением времени.
Геохимия изучает химические компоненты и процессы Земли. Геофизика изучает физические свойства Земли. Палеонтология изучает окаменелый биологический материал в литосфере. Планетарная геология изучает геологические науки применительно к внеземным телам. Геоморфология изучает происхождение ландшафтов. Структурная геология изучает деформацию горных пород с образованием гор и низменностей. Ресурсная геология изучает способы получения энергетических ресурсов из полезных ископаемых. Экологическая геология изучает, как загрязнение и загрязняющие вещества влияют на почву и горные породы. [2] Минералогия — это изучение минералов, включающее изучение образования минералов, кристаллической структуры , опасностей, связанных с минералами, а также физических и химических свойств минералов. [3] Петрология — это изучение горных пород, включая образование и состав горных пород. Петрография — раздел петрологии, изучающий типологию и классификацию горных пород. [4]
Недра Земли [ править ]
 | В этом разделе могут содержаться материалы, не относящиеся к теме статьи . ( Август 2022 г. ) |
Тектоника плит , горные хребты , вулканы и землетрясения — это геологические явления, которые можно объяснить с точки зрения физических и химических процессов в земной коре. [6] Под земной корой лежит мантия , нагревающаяся в результате радиоактивного распада тяжелых элементов . Мантия не совсем твердая и состоит из магмы , находящейся в состоянии полувечной конвекции . Этот процесс конвекции заставляет литосферные плиты двигаться, хотя и медленно. Возникающий в результате процесс известен как тектоника плит. [7] [8] [9] [10] Области земной коры, где создается новая кора, называются дивергентными границами , те, где она возвращается в Землю, являются конвергентными границами , а те, где плиты скользят мимо друг друга, но новый литосферный материал не создается или не разрушается, называются трансформированными. (или консервативные) границы. [8] [10] [11] Землетрясения возникают в результате движения литосферных плит и часто происходят вблизи сближающихся границ, где части земной коры вдавливаются в землю в результате субдукции. [12]
Тектонику плит можно рассматривать как процесс обновления поверхности Земли. В результате расширения морского дна новая кора и литосфера создаются потоком магмы из мантии к ближней поверхности через трещины, где она охлаждается и затвердевает. В результате субдукции океаническая кора и литосфера резко возвращаются в конвективную мантию. [8] [10] [13] Вулканы возникают в основном в результате плавления субдуцированного материала коры. Материал коры, попавший в астеносферу, плавится, и некоторая часть расплавленного материала становится достаточно легкой, чтобы подняться на поверхность, порождая вулканы. [8] [12]
Наука об атмосфере [ править ]
| В этом разделе могут содержаться материалы, не относящиеся к теме статьи . ( Август 2022 г. ) |
( изображение не в масштабе. )
Наука об атмосфере первоначально развивалась в конце 19 века как средство прогнозирования погоды с помощью метеорологии , изучения погоды. Химия атмосферы была разработана в 20 веке для измерения загрязнения воздуха и получила распространение в 1970-х годах в ответ на кислотные дожди . Климатология изучает климат и его изменение . [14]
Тропосфера стратосфера , — это пять слоев , , мезосфера , термосфера и экзосфера составляющих атмосферу Земли. 75% массы атмосферы находится в тропосфере, самом нижнем слое. В целом атмосфера состоит примерно из 78,0% азота , 20,9% кислорода и 0,92% аргона , а также небольшого количества других газов, включая CO 2 и водяной пар. [15] Водяной пар и CO 2 заставляют атмосферу Земли улавливать и удерживать энергию Солнца посредством парникового эффекта . [16] Это делает поверхность Земли достаточно теплой для существования жидкой воды и жизни. Помимо улавливания тепла, атмосфера также защищает живые организмы, защищая поверхность Земли от космических лучей . [17] Магнитное поле , создаваемое внутренними движениями ядра, создает магнитосферу , которая защищает атмосферу Земли от солнечного ветра . [18] Поскольку Земле 4,5 миллиарда лет, [19] [20] он бы уже потерял свою атмосферу, если бы не было защитной магнитосферы.
Магнитное поле Земли [ править ]
Магнитное поле Земли , также известное как геомагнитное поле, — это магнитное поле , которое простирается из недр Земли в космос, где оно взаимодействует с солнечным ветром — потоком заряженных частиц , исходящих от Солнца . Магнитное поле создается электрическими токами из-за движения конвекционных токов смеси расплавленного железа и никеля во внешнем ядре Земли : эти конвекционные токи вызваны теплом, уходящим из ядра, естественным процессом, называемым геодинамо .
Величина магнитного поля Земли на ее поверхности колеблется от 25 до 65 мкТл (от 0,25 до 0,65 Гс). [23] В качестве приближения оно представлено полем магнитного диполя, наклоненного в настоящее время под углом около 11° по отношению к оси вращения Земли огромный стержневой магнит , как если бы под этим углом через центр Земли находился . Северный геомагнитный полюс на самом деле представляет собой южный полюс магнитного поля Земли, и, наоборот, южный геомагнитный полюс соответствует северному полюсу магнитного поля Земли (поскольку противоположные магнитные полюса притягиваются, а северный конец магнита, как стрелка компаса, указывает в сторону Южное магнитное поле Земли, остров Элсмир , Нунавут , Канада).
Хотя Северный и Южный магнитные полюса обычно расположены вблизи географических полюсов, они медленно и непрерывно движутся в геологических масштабах времени, но достаточно медленно, чтобы обычные компасы оставались полезными для навигации. Однако через нерегулярные промежутки времени, составляющие в среднем несколько сотен тысяч лет, поле Земли меняется на противоположное , а Северный и Южный магнитные полюса соответственно резко меняются местами. Эти изменения геомагнитных полюсов оставляют в горных породах следы, которые представляли ценность для палеомагнетиков в прошлом при расчете геомагнитных полей. Такая информация, в свою очередь, полезна при изучении движения континентов и дна океанов. Магнитосфера , простирается над ионосферой которая определяется протяженностью магнитного поля Земли в космосе или геопространстве . Он простирается на несколько десятков тысяч километров в космос , защищая Землю от заряженных частиц солнечного ветра и космических лучей , которые в противном случае разрушили бы верхние слои атмосферы, включая озоновый слой , защищающий Землю от вредное ультрафиолетовое излучение .Гидрология [ править ]
Гидрология – это изучение гидросферы и движения воды на Земле . В нем особое внимание уделяется изучению того, как люди используют запасы пресной воды и взаимодействуют с ними. Изучение движения воды тесно связано с геоморфологией и другими разделами наук о Земле. Прикладная гидрология включает в себя инженерные разработки для поддержания водной среды и распределения запасов воды. К разделам гидрологии относятся океанография , гидрогеология , экогидрология и гляциология . Океанография – это изучение океанов. [24] Гидрогеология занимается изучением подземных вод . Он включает в себя картографирование запасов подземных вод и анализ загрязнителей подземных вод. Прикладная гидрогеология стремится предотвратить загрязнение подземных вод и минеральных источников и сделать их доступными в качестве питьевой воды . Самая ранняя эксплуатация ресурсов подземных вод датируется 3000 годом до нашей эры, а гидрогеология как наука развивалась гидрологами начиная с 17 века. [25] Экогидрология – это изучение экологических систем в гидросфере . Его можно разделить на физическое изучение водных экосистем и биологическое изучение водных организмов. Экогидрология включает в себя влияние, которое организмы и водные экосистемы оказывают друг на друга, а также то, как на эти экосистемы влияет человек. [26] Гляциология — это изучение криосферы, включая ледники и покрытие Земли льдом и снегом. Проблемы гляциологии включают доступ к ледниковой пресной воде, смягчение ледниковых опасностей, получение ресурсов, существующих под замерзшей землей, и устранение последствий изменения климата для криосферы. [27]
Экология [ править ]
Экология – это наука о биосфере . Это включает в себя изучение природы и того, как живые существа взаимодействуют с Землей и друг с другом, а также последствий этого. Он рассматривает, как живые существа используют такие ресурсы, как кислород , вода и питательные вещества Земли, для поддержания себя. Он также рассматривает, как люди и другие живые существа вызывают изменения в природе. [28]
Физическая география [ править ]
Физическая география — это изучение систем Земли и того, как они взаимодействуют друг с другом как части единой автономной системы. Он включает в себя астрономию, математическую географию, метеорологию, климатологию, геологию, геоморфологию, биологию, биогеографию, почвоведение и географию почв. Физическая география отличается от географии человека , которая изучает человеческое население на Земле, хотя и включает в себя воздействие человека на окружающую среду. [29]
Методология [ править ]
 |
Методики различаются в зависимости от характера изучаемых предметов. Исследования обычно относятся к одной из трех категорий: наблюдательные, экспериментальные или теоретические. Ученые-землеведы часто проводят сложный компьютерный анализ или посещают интересные места для изучения земных явлений (например, Антарктиду или цепи островов с горячими точками ).
Основополагающей идеей науки о Земле является понятие униформизма , которое гласит, что «древние геологические особенности интерпретируются путем понимания активных процессов, которые легко наблюдать». Другими словами, любые геологические процессы, происходящие в настоящее время, протекали одним и тем же образом на протяжении всего геологического времени. Это позволяет тем, кто изучает историю Земли , применять знания о том, как процессы на Земле происходят в настоящее время, чтобы получить представление о том, как планета развивалась и менялась на протяжении долгой истории.
Earth's spheres[edit]
−13 — – −12 — – −11 — – −10 — – −9 — – −8 — – −7 — – −6 — – −5 — – −4 — – −3 — – −2 — – −1 — – 0 — |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
In Earth science, it is common to conceptualize the Earth's surface as consisting of several distinct layers, often referred to as spheres: the lithosphere, the hydrosphere, the atmosphere, and the biosphere, this concept of spheres is a useful tool for understanding the Earth's surface and its various processes[30] these correspond to rocks, water, air and life. Also included by some are the cryosphere (corresponding to ice) as a distinct portion of the hydrosphere and the pedosphere (corresponding to soil) as an active and intermixed sphere. The following fields of science are generally categorized within the Earth sciences:
- Geology describes the rocky parts of the Earth's crust (or lithosphere) and its historic development. Major subdisciplines are mineralogy and petrology, geomorphology, paleontology, stratigraphy, structural geology, engineering geology, and sedimentology.[31][32]
- Physical geography focuses on geography as an Earth science. Physical geography is the study of Earth's seasons, climate, atmosphere, soil, streams, landforms, and oceans. Physical geography can be divided into several branches or related fields, as follows: geomorphology, biogeography, environmental geography, palaeogeography, climatology, meteorology, coastal geography, hydrology, ecology, glaciology.[citation needed]
- Geophysics and geodesy investigate the shape of the Earth, its reaction to forces and its magnetic and gravity fields. Geophysicists explore the Earth's core and mantle as well as the tectonic and seismic activity of the lithosphere.[32][33][34] Geophysics is commonly used to supplement the work of geologists in developing a comprehensive understanding of crustal geology, particularly in mineral and petroleum exploration. Seismologists use geophysics to understand plate tectonic movement, as well as predict seismic activity.
- Geochemistry is defined as the study of the processes that control the abundance, composition, and distribution of chemical compounds and isotopes in geologic environments. Geochemists use the tools and principles of chemistry to study the composition, structure, processes, and other physical aspects of the Earth. Major subdisciplines are aqueous geochemistry, cosmochemistry, isotope geochemistry and biogeochemistry.
- Soil science covers the outermost layer of the Earth's crust that is subject to soil formation processes (or pedosphere).[35] Major subdivisions in this field of study include edaphology and pedology.[36]
- Ecology covers the interactions between organisms and their environment. This field of study differentiates the study of Earth from the study of other planets in the Solar System, Earth being its only planet teeming with life.
- Hydrology, oceanography and limnology are studies which focus on the movement, distribution, and quality of the water and involves all the components of the hydrologic cycle on the Earth and its atmosphere (or hydrosphere). "Sub-disciplines of hydrology include hydrometeorology, surface water hydrology, hydrogeology, watershed science, forest hydrology, and water chemistry."[37]
- Glaciology covers the icy parts of the Earth (or cryosphere).
- Atmospheric sciences cover the gaseous parts of the Earth (or atmosphere) between the surface and the exosphere (about 1000 km). Major subdisciplines include meteorology, climatology, atmospheric chemistry, and atmospheric physics.
Earth science breakup[edit]
- Hydrology
- Limnology (freshwater science)
- Oceanography (marine science)
- Chemical oceanography
- Physical oceanography
- Biological oceanography (marine biology)
- Geological oceanography (marine geology)
- Geology
- География
- Geochemistry
- Geomorphology
- Geophysics
- Geochronology
- Geodynamics (see also Tectonics)
- Geomagnetism
- Gravimetry (also part of Geodesy)
- Seismology
- Glaciology
- Hydrogeology
- Mineralogy
- Petrology
- Speleology
- Volcanology
- Systems
- Earth system science
- Environmental science
- Geography
- Gaia hypothesis
- Systems ecology
- Systems geology
- Others
См. также [ править ]
- Американский институт геонаук
- Графическое программное обеспечение для наук о Земле
- Четыре традиции географии
- Словарь геологических терминов
- Список учёных Земли
- Список геонаучных организаций
- Список нерешенных проблем геонауки
- Создание Северной Америки
- Национальная ассоциация преподавателей геонаук
- Наука о твердой Земле
- Научный туризм
- Структура Земли
Ссылки [ править ]
- ^ «Науки о Земле | Определение, темы и факты | Британника» . www.britanica.com . Проверено 19 августа 2023 г.
- ^ Smith & Pun 2006 , стр. 14–16.
- ^ Халдар 2020 , с. 109.
- ^ Халдар 2020 , с. 145.
- ^ Энциклопедия вулканов . Лондон: Академическая пресса. 2000. ISBN 9780080547985 .
- ^ «Энергетический бюджет Земли» . оу.еду . Архивировано из оригинала 27 августа 2008 г. Проверено 20 июня 2007 г.
- ^ Симисон 2007 , параграф 7.
- ^ Перейти обратно: а б с д Адамс и Ламберт 2006 , стр. 94–95, 100, 102.
- ^ Smith & Pun 2006 , стр. 13–17, 218, G-6.
- ^ Перейти обратно: а б с Олдройд 2006 , стр. 101, 103, 104.
- ^ Смит и Пун 2006 , с. 331
- ^ Перейти обратно: а б Smith & Pun 2006 , стр. 325–26, 329.
- ^ Смит и Пун 2006 , с. 327
- ^ Уоллес, Джон М.; Хоббс, Питер В. (2006). Наука об атмосфере: вводный обзор (2-е изд.). Эльзевир Наука. стр. 1–3. ISBN 9780080499536 .
- ^ Адамс и Ламберт 2006 , стр. 107–08.
- ^ Американское наследие , с. 770
- ^ Паркер, Юджин (март 2006 г.), Shielding Space (PDF) , Scientific American, заархивировано из оригинала (PDF) 1 января 2016 г. , получено 24 мая 2017 г.
- ^ Адамс и Ламберт 2006 , стр. 21–22.
- ^ Смит и Пун 2006 , с. 183
- ^ «Как ученые рассчитали возраст Земли?» . Education.nationalgeographic.org . Проверено 19 августа 2023 г.
- ^ Глатцмайер, Гэри А.; Робертс, Пол Х. (1995). «Трехмерное самосогласованное компьютерное моделирование обращения геомагнитного поля». Природа . 377 (6546): 203–209. Бибкод : 1995Natur.377..203G . дои : 10.1038/377203a0 . S2CID 4265765 .
- ^ Глатцмайер, Гэри. «Геодинамо» . Калифорнийский университет Санта-Крус . Проверено 20 октября 2013 г.
- ^ Финлей, CC; Маус, С.; Бегган, компакт-диск; Бондарь, Теннесси; Чамбодут, А.; Чернова Т.А.; Чуллиат, А.; Головков, ВП; Гамильтон, Б.; Хаммуди, М.; Холм, Р.; Юло, Ж.; Куанг, В.; Лангле, Б.; Лесур, В.; Лоус, Ф.Дж.; Люр, Х.; Макмиллан, С.; Мандеа, М.; Маклин, С.; Манодж, К.; Менвьель, М.; Михаэлис, И.; Олсен, Н.; Рауберг, Дж.; Ротер, М.; Сабака, Ти Джей; Тангборн, А.; Тёффнер-Клаузен, Л.; Тибо, Э.; Томсон, AWP; Вардинский, И.; Вэй, З.; Зверева Т.И. (декабрь 2010 г.). «Международное опорное геомагнитное поле: одиннадцатое поколение » Международный геофизический журнал . 183 (3): 1216–1230. Бибкод : 2010GeoJI.183.1216F . дои : 10.1111/j.1365-246X.2010.04804.x . hdl : 20.500.11850/27303 .
- ^ Дэви, Тим; Куинн, Невил Виндхэм (2019). Основы гидрологии (3-е изд.). Рутледж. стр. 1–2. ISBN 9780203798942 .
- ^ Хёльтинг, Бернвард; Колдьюи, Вильгельм Г. (2019). "Введение". Гидрогеология (8-е изд.). Спрингер. стр. 1–3. дои : 10.1007/978-3-662-56375-5 . ISBN 9783662563755 . Архивировано из оригинала 16 августа 2022 г. Проверено 16 августа 2022 г.
- ^ Вуд, Пол Дж.; Ханна, Дэвид М.; Сэдлер, Джонатан П. (2007). «Экогидрология и гидроэкология: Введение». Гидроэкология и экогидрология: прошлое, настоящее и будущее . Уайли. стр. 1–6. ISBN 9780470010174 .
- ^ Найт, Питер (1999). Ледники . Тейлор и Фрэнсис. п. 1. ISBN 9780748740000 .
- ^ Риклефс, Роберт Э.; Миллер, Гэри Л. (2000). Экология (4-е изд.). У. Х. Фриман. стр. 3–4. ISBN 9780716728290 .
- ^ Петерсен, Джеймс Ф.; Сак, Дороти; Габлер, Роберт Э. (2014). Основы физической географии . Cengage Обучение. стр. 2–3. ISBN 9781285969718 .
- ↑ Сферы Земли. Архивировано 31 августа 2007 года в Wayback Machine . ©1997–2000. Класс будущего Университета иезуитов Уилинг/НАСА. Проверено 11 ноября 2007 г.
- ^ Адамс и Ламберт 2006 , с. 20
- ^ Перейти обратно: а б Смит и Пун 2006 , с. 5
- ^ «Поиск в WordNet – 3.1» . Princeton.edu . Архивировано из оригинала 15 мая 2019 г. Проверено 13 октября 2010 г.
- ^ «Образование Национальной океанической службы NOAA: Учебное пособие по глобальному позиционированию» . noaa.gov . Архивировано из оригинала 8 мая 2005 г. Проверено 17 ноября 2007 г.
- ^ Элисса Левин, 2001, Педосфера как хаб, неработающая ссылка?
- ^ Гардинер, Дуэйн Т. «Лекция 1 Глава 1 Зачем изучать почвы?» . ENV320: Конспекты лекций по почвоведению . Техасский университет A&M в Кингсвилле. Архивировано из оригинала 9 февраля 2018 г. Проверено 7 января 2019 г.
- ^ Крейг, Кендалл. «Гидрология водораздела» . Архивировано из оригинала 11 января 2017 г. Проверено 4 апреля 2017 г.
Источники [ править ]
- Адамс, Саймон; Ламберт, Дэвид (2006). Науки о Земле: Иллюстрированный справочник по науке . Нью-Йорк: Дом Челси. ISBN 978-0-8160-6164-8 .
- Халдар, Словакия (2020). Введение в минералогию и петрологию (2-е изд.). Эльзевир Наука. ISBN 9780323851367 .
- Словарь английского языка American Heritage (4-е изд.). Бостон: Компания Houghton Mifflin . 1992. ISBN 978-0-395-82517-4 .
- Симисон, В. Брайан (5 февраля 2007 г.). «Механизм тектоники плит» . Архивировано из оригинала 12 ноября 2007 г. Проверено 17 ноября 2007 г.
- Смит, Гэри А.; Каламбур, Аврора (2006). Как работает Земля? Физическая геология и научный процесс . Река Аппер-Сэддл, Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл. ISBN 978-0-13-034129-7 .
- Олдройд, Дэвид (2006). Земные циклы: историческая перспектива . Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Press. ISBN 978-0-313-33229-6 .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Аллаби М., 2008. Словарь наук о Земле, Oxford University Press, ISBN 978-0-19-921194-4
- Корвин Г., 1998. Фрактальные модели в науках о Земле, Элсвир, ISBN 978-0-444-88907-2
- «Энергетический бюджет Земли» . Климатологическая служба Оклахомы. 1996–2004 гг. Архивировано из оригинала 17 ноября 2007 г. Проверено 17 ноября 2007 г.
- Миллер, Джордж А.; Кристиан Феллбаум; и Рэнди Тенги; и Памела Уэйкфилд; и Раджеш Поддар; и Хелен Лангоне; Бенджамин Хаскелл (2006). «Поиск WordNet 3.0» . WordNet — лексическая база данных английского языка . Принстон, Нью-Джерси: Принстонский университет/Лаборатория когнитивных наук. Архивировано из оригинала 1 января 2011 г. Проверено 10 ноября 2007 г.
- «Образование Национальной океанической службы NOAA: геодезия» . Национальное управление океанических и атмосферных исследований. 8 марта 2005 г. Архивировано из оригинала 8 мая 2005 г. Проверено 17 ноября 2007 г.
- Рид, Кристина (2008). Наука о Земле: десятилетие за десятилетием . Нью-Йорк: факты в архиве. ISBN 978-0-8160-5533-3 .
- Тарбак Э.Дж., Лутгенс Ф.К. и Таса Д., 2002. Наука о Земле, Прентис Холл, ISBN 978-0-13-035390-0
Внешние ссылки [ править ]
- Наука о Земле Картинка дня , услуга Ассоциации космических исследований университетов , спонсируемая Центром космических полетов имени Годдарда НАСА .
- Геоэтика в освоении планет и космоса .
- Геология: наука о Земле
Элементы природы |
|---|
