Науки о Земле или геонауки включают все области естествознания, связанные с планетой Земля . Это раздел науки, изучающий физическое и химическое строение Земли и ее атмосферы. Науку о Земле можно рассматривать как отрасль науки о планетах , но с гораздо более древней историей. Наука о Земле охватывает четыре основных направления исследований: литосферу , гидросферу , атмосферу и биосферу , каждая из которых далее разбивается на более специализированные области.
В науках о Земле существуют как редукционистский, так и холистический подходы. 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 вулканы , землетрясения и ураганы, для планирования сообществ, которые не будут подвергать людей этим опасным событиям.
Науки о Земле могут включать изучение геологии , литосферы и крупномасштабной структуры недр Земли, а также атмосферы , гидросферы и биосферы . Как правило, исследователи Земли используют инструменты из геологии, хронологии , физики , химии , географии , биологии и математики, чтобы получить количественное представление о том, как Земля работает и развивается. Наука о Земле влияет на нашу повседневную жизнь. Например, метеорологи изучают погоду и следят за опасными штормами. Гидрологи исследуют воду и предупреждают о наводнениях. Сейсмологи изучают землетрясения и пытаются понять, куда они нанесут удар. Геологи изучают горные породы и помогают найти полезные ископаемые. Землисты часто работают в полевых условиях - возможно, взбираются на горы, исследуют морское дно, ползут через пещеры или бродят по болотам. Они измеряют и собирают образцы (например, камни или речную воду), а затем записывают свои выводы на диаграммах и картах.
Области исследования
Следующие области науки обычно классифицируются в рамках наук о Земле:
- Геология описывает каменистые части земной коры (или литосферы ) и их историческое развитие. Основными дисциплинами являются минералогия и петрология , геоморфология , палеонтология , стратиграфия , структурная геология , инженерная геология и седиментология . [1] [2]
- Физическая география фокусируется на географии как науке о Земле. Физическая география - это изучение времен года на Земле, климата, атмосферы, почвы, ручьев, форм рельефа и океанов. Физическая география может быть разделена на несколько разделов или связанных областей, а именно: геоморфология , биогеография , экологическая география , палеогеография , климатология , метеорология , прибрежная география , гидрология , экология , гляциология . [ необходима цитата ]
- Геофизика и геодезия исследуют форму Земли , ее реакцию на силы, а также ее магнитные и гравитационные поля . Геофизики исследуют ядро и мантию Земли, а также тектоническую и сейсмическую активность литосферы. [2] [3] [4] Геофизика обычно используется для дополнения работы геологов в развитии всестороннего понимания геологии земной коры, особенно при разведке полезных ископаемых и нефти. Сейсмологи используют геофизику для понимания тектонического сдвига плит, а также для прогнозирования сейсмической активности.
- Геохимия определяется как изучение процессов, которые контролируют количество, 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 дисциплины - водная геохимия , космохимия , изотопная геохимия и биогеохимия .
- Почвоведение охватывает самый внешний слой земной коры, который подвержен процессам почвообразования (или педосфере ). [5] Основные подразделения в этой области исследования включают эдафологию и педологию . [6]
- Экология охватывает взаимодействие между организмами и окружающей их средой. Эта область исследований отличает изучение Земли от изучения других планет Солнечной системы , поскольку Земля является ее единственной планетой, изобилующей жизнью.
- Гидрология , океанография и лимнология - это исследования, которые сосредоточены на движении, распределении и качестве воды и включают все компоненты гидрологического цикла на Земле и ее атмосфере (или гидросфере ). «Поддисциплины гидрологии включают гидрометеорологию, гидрологию поверхностных вод, гидрогеологию, науку о водоразделах, лесную гидрологию и химию воды». [7]
- Гляциология охватывает ледяные части Земли (или криосферу ).
- Атмосферные науки охватывают газообразные части Земли (или атмосферы ) между поверхностью и экзосферой (около 1000 км). Основные поддисциплин включают в метеорологии, климатологии, химию атмосферы и физике атмосферы .
Недра земли
Тектоника плит , горные хребты, вулканы и землетрясения - это геологические явления, которые можно объяснить с точки зрения физических и химических процессов в земной коре . [9]
Под земной корой находится мантия , которая нагревается за счет радиоактивного распада из тяжелых элементов . Мантия не совсем твердая и состоит из магмы, находящейся в состоянии полупостоянной конвекции . Этот процесс конвекции заставляет литосферные плиты двигаться, хотя и медленно. Возникающий в результате процесс известен как тектоника плит . [10] [11] [12] [13]
Тектонику плит можно рассматривать как процесс, с помощью которого Земля всплывает на поверхность. 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 возвращаются в конвектирующую мантию. [11] [13] [14]
Области земной коры, где образуется новая кора, называются расходящимися границами , те, где она возвращается в Землю, являются конвергентными границами, а те, где плиты скользят мимо друг друга, но не создается или не разрушается новый литосферный материал, называются трансформационными. (или консервативные) границы [11] [13] [15] Землетрясения возникают в результате движения литосферных плит, и они часто происходят вблизи сходящихся границ, где части коры вдавливаются в землю как часть субдукции. [16]
Вулканы возникают главным образом в результате плавления субдуцированного материала коры. Материал коры, который вытесняется в астеносферу, тает, и некоторая часть расплавленного материала становится достаточно легкой, чтобы подняться на поверхность, давая рождение вулканам. [11] [16]
Атмосфера Земли
Тропосферы , стратосферы , мезосферы , термосферы и экзосферы являются пять слоев , которые составляют атмосферу Земли. 75% газов в атмосфере находится в тропосфере, самом нижнем слое. В целом атмосфера состоит из примерно 78,0% азота , 20,9% кислорода и 0,92% аргона . Помимо азота, кислорода и аргона есть небольшие количества других газов, включая CO 2 и водяной пар. [17] Водяной пар и CO 2 позволяют атмосфере Земли улавливать и удерживать энергию Солнца за счет явления, называемого парниковым эффектом . [18] Это позволяет поверхности Земли быть достаточно теплой, чтобы иметь жидкую воду и поддерживать жизнь. Помимо накопления тепла, атмосфера также защищает живые организмы, защищая поверхность Земли от космических лучей, которые, как часто ошибочно полагают, отклоняются магнитным полем . [19] Магнитное поле, создаваемое внутренними движениями ядра, создает магнитосферу, которая защищает атмосферу Земли от солнечного ветра . [20] Поскольку Земле 4,5 миллиарда лет, [21] она бы уже потеряла свою атмосферу, если бы не было защитной магнитосферы.
Магнитное поле Земли
Электромагнит является магнитом , который создается с помощью электрического тока. [22] Земля имеет твердое железное внутреннее ядро, окруженное жидким внешним ядром, которое конвектирует; [23] Следовательно, Земля - это электромагнит. Движение конвекции жидкости поддерживает магнитное поле Земли. [23] [24]
Методология
Методики различаются в зависимости от характера изучаемых предметов. Исследования обычно делятся на одну из трех категорий: наблюдательные, экспериментальные или теоретические. Ученые-геологи часто проводят сложный компьютерный анализ или посещают интересные места для изучения земных явлений (например, Антарктиду или цепочки островов горячих точек ).
Фундаментальной идеей в науке о Земле является понятие униформизма , которое гласит, что «древние геологические особенности интерпретируются путем понимания активных процессов, которые легко наблюдаются». [ необходима цитата ] Другими словами, любые геологические процессы, действующие в настоящее время, действовали одинаково на протяжении всего геологического времени. Это позволяет тем, кто изучает историю Земли, применять знания о том, как земные процессы протекают в настоящее время, чтобы получить представление о том, как планета развивалась и изменялась на протяжении долгой истории.
Сферы Земли
Хронология природы | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
−13 - - −12 - - −11 - - −10 - - −9 - - −8 - - −7 - - −6 - - −5 - - −4 - - −3 - - −2 - - −1 - - 0 - | Реионизация Эпоха доминирования материи Ускоренное расширение Воды Одноклеточная жизнь Фотосинтез Многоклеточная жизнь Позвоночные Темные века |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||
( миллиард лет назад ) |
В науке о Земле обычно выделяют четыре сферы: литосферу , гидросферу , атмосферу и биосферу ; [25] они соответствуют камням , воде , воздуху и жизни . Некоторые также включают криосферу (соответствующую льду ) как отдельную часть гидросферы и педосферу (соответствующую почве ) как активную и перемешанную сферу.
Распад науки о Земле
- Атмосфера
- Атмосферная химия
- География
- Климатология
- Метеорология
- Гидрометеорология
- Палеоклиматология
- Биосфера
- Биогеохимия
- Биогеография
- Экология
- Ландшафтная экология
- Геоархеология
- Геомикробиология
- Палеонтология
- Палинология
- Микропалеонтология
- Гидросфера
- Гидрология
- Гидрогеология
- Лимнология (пресноводная наука)
- Океанография (морские науки)
- Химическая океанография
- Физическая океанография
- Биологическая океанография (морская биология)
- Геологическая океанография (морская геология)
- Палеоокеанография
- Литосфера ( геосфера )
- Геология
- Экономическая геология
- Инженерная геология
- Экологическая геология
- Историческая геология
- Четвертичная геология
- Планетарная геология и планетарная география
- Седиментология
- Стратиграфия
- Структурная геология
- География
- Человеческая география
- Физическая география
- Геохимия
- Геоморфология
- Геофизика
- Геохронология
- Геодинамика (см. Также Тектоника )
- Геомагнетизм
- Гравиметрия (также часть геодезии )
- Сейсмология
- Гляциология
- Гидрогеология
- Минералогия
- Кристаллография
- Геммология
- Петрология
- Петрофизика
- Спелеология
- Вулканология
- Педосфера
- География
- Почвоведение
- Почвоведение
- Почвоведение
- Системы
- Наука о земных системах
- Наука об окружающей среде
- География
- Человеческая география
- Физическая география
- Гипотеза Гайи
- Системная экология
- Системная геология
- Другие
- География
- Картография
- Геоинформатика ( GIScience )
- Геостатистика
- Геодезия и геодезия
- Дистанционное зондирование
Смотрите также
- Американский институт геонаук
- Программное обеспечение для графики для наук о Земле
- Науки об окружающей среде
- GEO-LEO (Интернет-эксперты библиотеки GEO)
- Глоссарий геологических терминов
- Список геолого-геофизических организаций
- Список российских ученых Земли
- Список нерешенных проблем геонаук
- Создание Северной Америки (фильм PBS, 2015 г.)
- Наногеонаука
- Национальная ассоциация учителей геонаук
- Научный туризм
- Строение Земли
Рекомендации
- ^ Адамс и Ламберт 2006 , стр. 20
- ^ a b Smith & Pun 2006 , стр. 5
- ^ "Поиск WordNet - 3.1" . princeton.edu .
- ^ «Национальная океаническая служба NOAA: учебное пособие по глобальному позиционированию» . noaa.gov .
- ^ Элисса Levine, 2001, The педосфера Как хаб сломанной ссылке? Архивировано 30 октября 2007 года в Wayback Machine.
- ^ Гардинер, Дуэйн Т. "Лекция 1 Глава 1 Зачем изучать почвы?" . ENV320: Конспект лекций по почвоведению . Техасский университет A&M в Кингсвилле. Архивировано из оригинала на 2018-02-09 . Проверено 7 января 2019 .
- ^ Крейг, Кендалл. «Гидрология водораздела» .
- ^ Энциклопедия вулканов , Academic Press, Лондон, 2000
- ^ «Энергетический бюджет Земли» . ou.edu .
- ^ Simison 2007 , пункт 7
- ^ а б в г Адамс и Ламберт 2006 , стр. 94–95, 100, 102
- Перейти ↑ Smith & Pun 2006 , pp. 13–17, 218, G-6
- ^ a b c Oldroyd 2006 , стр. 101,103,104
- Перейти ↑ Smith & Pun 2006 , p. 327
- Перейти ↑ Smith & Pun 2006 , p. 331
- ^ a b Smith & Pun 2006 , стр. 325–26, 329
- ^ Adams & Lambert 2006 , стр. 107-08
- ^ Американское наследие , стр. 770
- ^ Паркер, Юджин (март 2006 г.), Shielding Space (PDF) , Scientific American
- Перейти ↑ Adams & Lambert 2006 , pp. 21–22
- Перейти ↑ Smith & Pun 2006 , p. 183
- ^ Американское наследие , стр. 576
- ^ a b Олдройд 2006 , стр. 160
- ^ Деморест, Пол (21.05.2001). "Теория динамо и магнитное поле Земли" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 21 февраля 2007 года . Проверено 17 ноября 2007 .
- ↑ Сферы Земли. Архивировано 31 августа 2007 года в Wayback Machine . © 1997–2000. Иезуитский университет Уилинга / Класс будущего НАСА. Проверено 11 ноября 2007 года.
Источники
- Адамс, Саймон; Ламберт, Дэвид (2006). Науки о Земле: иллюстрированное руководство по науке . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Дом Челси. ISBN 978-0-8160-6164-8.
- Джозеф П. Пикетт (ответственный редактор) (1992). Словарь английского языка American Heritage (4-е изд.). Бостон, Массачусетс: Компания Houghton Mifflin . ISBN 978-0-395-82517-4.
- Симисон, У. Брайан (05.02.2007). «Механизм тектоники плит» . Проверено 17 ноября 2007 .
- Смит, Гэри А .; Пун, Аврора (2006). Как устроена Земля? Физическая геология и научный процесс . Река Аппер Сэдл, 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
- 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, Elsvier, ISBN 978-0-444-88907-2
- «Энергетический бюджет Земли» . Климатологическая служба Оклахомы. 1996–2004 гг . Проверено 17 ноября 2007 .
- Миллер, Джордж А .; Кристиан Феллбаум; и Рэнди Тенги; и Памела Уэйкфилд; и Раджеш Поддар; и Хелен Лангоне; Бенджамин Хаскелл (2006). «WordNet Search 3.0» . WordNet - лексическая база данных для английского языка . Принстон, Нью-Джерси: Принстонский университет / Лаборатория когнитивных наук . Проверено 10 ноября 2007 .
- "Национальная океаническая служба NOAA по образованию: геодезия" . Национальное управление океанических и атмосферных исследований. 2005-03-08 . Проверено 17 ноября 2007 .
- Рид, Кристина (2008). Науки о Земле: десятилетие за десятилетием . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: факты в файле. ISBN 978-0-8160-5533-3.
- Tarbuck EJ, Lutgens FK и Tasa D., 2002. Науки о Земле, Prentice Hall, ISBN 978-0-13-035390-0
Внешние ссылки
- «Фотография дня» в области наук о Земле , служба Ассоциации космических исследований университетов , спонсируемая Центром космических полетов имени Годдарда НАСА .
- Геоэтика в исследовании планет и космоса .