Науки о Земле
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.
Геология
[ редактировать ]
Геология – это в широком смысле 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]
Внутренняя часть Земли
[ редактировать ] | 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 и 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, что приводит к возникновению вулканов. [8] [12]
Атмосферная наука
[ редактировать ] | 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
[ редактировать ]
Магнитное поле Земли , также известное как геомагнитное поле, представляет собой 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, в настоящее время наклоненным 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 перемещаются 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 перемены 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 , которая простирается над ионосферой 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
[ редактировать ]
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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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
[ редактировать ] |
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 с горячими точками цепи островов ).
Основополагающей идеей науки о Земле является понятие униформизма , которое утверждает, 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.
Сферы Земли
[ редактировать ]−13 — – −12 — – −11 — – −10 — – −9 — – −8 — – −7 — – −6 — – −5 — – −4 — – −3 — – −2 — – −1 — – 0 — |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
В науках о Земле принято представлять, что поверхность Земли состоит из нескольких отдельных слоев, часто называемых сферами: литосферы , гидросферы , атмосферы и биосферы . Эта концепция сфер является полезным инструментом для понимания земного шара. поверхность и ее различные процессы [30] они соответствуют камням , воде , воздуху и жизни . Некоторые также включают криосферу ( соответствующую льду ) как отдельную часть гидросферы и педосферу (соответствующую почве ) как активную и смешанную сферу. следующие области науки К наукам о Земле обычно относятся :
- Геология описывает скалистые части земной коры (или литосферы ) и ее историческое развитие. Основные разделы дисциплин: минералогия и петрология , геоморфология , палеонтология , стратиграфия , структурная геология , инженерная геология , седиментология . [31] [32]
- Физическая география фокусируется на географии как науке о Земле. Физическая география — это изучение времен года, климата, атмосферы, почвы, рек, форм рельефа и океанов на Земле. Физическую географию можно разделить на несколько отраслей или родственных областей, а именно: геоморфологию , биогеографию , географию окружающей среды , палеогеографию , климатологию , метеорологию , географию побережья , гидрологию , экологию , гляциологию . [ нужна ссылка ]
- Геофизика и геодезия исследуют форму Земли , ее реакцию на силы, магнитные и гравитационные поля . Геофизики исследуют Земли ядро и мантию , а также тектоническую и сейсмическую активность литосферы. [32] [33] [34] Геофизика обычно используется в качестве дополнения к работе геологов по развитию всестороннего понимания геологии земной коры, особенно при разведке полезных ископаемых и нефти. Сейсмологи используют геофизику , чтобы понять тектоническое движение плит, а также предсказать сейсмическую активность.
- Геохимия определяется как изучение процессов, которые контролируют содержание, состав и распределение химических соединений и изотопов в геологической среде. Геохимики используют инструменты и принципы химии для изучения состава, структуры, процессов и других физических аспектов Земли. Основные разделы дисциплин — водная геохимия , космохимия , изотопная геохимия и биогеохимия .
- Почвоведение охватывает самый внешний слой земной коры, подверженный процессам почвообразования (или педосферу ). [35] Основные подразделения этой области исследований — эдафология и почвоведение . [36]
- Экология охватывает взаимодействие организмов с окружающей средой. Эта область исследований отличает изучение Земли от изучения других планет Солнечной системы , поскольку Земля — единственная планета, изобилующая жизнью.
- Гидрология , океанография и лимнология — это исследования, которые фокусируются на движении, распределении и качестве воды и включают в себя все компоненты гидрологического цикла на Земле и ее атмосфере (или гидросфере ). «Субдисциплины гидрологии включают гидрометеорологию, гидрологию поверхностных вод, гидрогеологию, науку о водоразделах, лесную гидрологию и химию воды». [37]
- Гляциология охватывает ледяные части Земли (или криосферу ).
- Науки об атмосфере охватывают газообразные части Земли (или атмосферы ) между поверхностью и экзосферой (около 1000 км). Основные субдисциплины включают метеорологию, климатологию, химию атмосферы и физику атмосферы .
Распад науки о Земле
[ редактировать ]- Гидрология
- Лимнология (наука о пресной воде)
- Океанография (морская наука)
- Химическая океанография
- Физическая океанография
- Биологическая океанография (морская биология)
- Геологическая океанография (морская геология)
- Геология
- География
- Геохимия
- Геоморфология
- Геофизика
- Геохронология
- Геодинамика (см. также Тектоника )
- Геомагнетизм
- Гравиметрия (также часть геодезии )
- Сейсмология
- Гляциология
- Гидрогеология
- Минералогия
- Петрология
- Спелеология
- Вулканология
- Системы
- Наука о системе Земли
- Наука об окружающей среде
- География
- Гипотеза Геи
- Системная экология
- Системная геология
- Другие
См. также
[ редактировать ]
- 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
[ редактировать ]- ^ «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.
- ^ Jump up to: а б с д Адамс и Ламберт 2006 , стр. 94–95, 100, 102.
- ^ Smith & Pun 2006 , стр. 13–17, 218, G-6.
- ^ Jump up to: а б с Олдройд 2006 , стр. 101, 103, 104.
- ^ Смит и Пун 2006 , с. 331
- ^ Jump up to: 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 , стр. 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 . Получено 20 октября.
- ^ 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
- ^ Jump up to: 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
[ редактировать ]- 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: Houghton Mifflin Компания . 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
[ редактировать ]- 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
[ редактировать ]
- 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 |
|---|
