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地球科學概述

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地球科學 — 涵蓋與行星地球相關的所有科學領域的統稱。[1] 它可以說是行星科學中的一個特殊案例，因為地球是已知唯一存在生命的行星。

地球科學是廣義物理科學的一個分支，而物理科學是自然科學的一部分。地球科學本身也有許多分支。

地球科學的核心概念

  • 板塊構造學說：地球外殼被劃分為若干板塊，這些板塊在地幔上緩慢移動。這是地質學中的核心統一概念，解釋了地震、火山活動以及山脈形成等現象。
  • 地質時間（深時}：地球歷史的巨大時間尺度，跨度約46億年。這一概念為理解地質過程的緩慢節奏和生命演化提供了背景。地質時間表是這些事件的日曆。
  • 岩石循環：一個基本概念，描述了三種主要岩石類型——火成岩、沉積岩和變質岩——通過動態過程相互形成和轉化的過程。
  • 地球系統科學（英語：Earth system science）：將地球視為由相互作用的組成部分或「圈層」構成的綜合系統的現代視角：
    • 地圈（固體地球）
    • 水圈（所有水體）
    • 大氣圈（氣體）
    • 生物圈（所有生命）
    • 冰凍圈（冰）
  • 水循環（水文循環）：水在地球表面、大氣層和地殼中的持續運動。這是一個關鍵過程，將海洋、大氣和陸地聯繫起來。
  • 均變論：認為今天起作用的自然規律和地質過程在過去也同樣起作用。它常被概括為「現在是過去的鑰匙」。
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地球圈層

地球圈層是指將與人類相關的地球環境。地球的自然環境（行星生態系統或「生態圈」）由許多子系統組成。其中許多子系統被稱為「圈層」，與行星的形狀相吻合。

下面列出為地球圈層四個或五個主要球體（其他大多數球體均為其子類型）：

  1. 大氣圈
  2. 水圈
  3. 地圈（英語：Geosphere）
  4. 生物圈
  5. （冰凍圈）

地球的生態圈本身位於日球層之內。[2]

地球的各層大致從外到內依次為：

  • 磁層 — 天文天體周圍受其磁場影響的帶電粒子區域
  • 大氣層 — 圍繞地球的氣體（地球的空氣）
    • 按高度劃分
      • 散逸層 — 大氣層的最外層
      • 外大氣層底界 — 外大氣層的下界
      • 熱層頂 — 熱層的上界
      • 熱層 — 位於中層之上、外大氣層之下的大氣層層
      • 中氣層頂 — 中氣層與熱氣層邊界處的溫度最低點
      • 中氣層 — 位於平流層之上、熱氣層之下的大氣層層
      • 平流層頂 — 平流層的上界
      • 平流層 — 大氣層中位於對流層之上的層
        • 臭氧層 — 地球平流層中吸收大部分太陽紫外線輻射的區域
      • 對流層頂 — 對流層與平流層之間的大氣層邊界
      • 對流層 — 大氣層的最底層
      • 行星邊界層 — 大氣層的最底層，直接受行星表面影響
    • 由氣流擾動引起
      • 異層 — 大氣上層中各組分氣體混合不充分的區域
      • 湍流層頂 — 大氣中渦流混合占主導地位的高度以下區域
      • 均質層（英語：Homosphere） — 大氣下層中各組分氣體混合充分的區域
    • 其他
      • 電離層 — 大氣層上部被電離的部分
  • 生物圈 — 地球上所有生態系統的總和
    • 人類圈（英語：Anthroposphere） — 由人類為人類活動和人類棲息地而製造或改造的環境部分
  • 水圈——行星、小行星或天然衛星表面、地下及上空所有水體的總和
    • 冰凍圈 — 地球表面水以固態形式存在的區域
  • 地殼/固體地球 — （有時也作為地殼、水圈、冰凍圈和大氣圈的統稱）地球所有固體部分及地球內部的總稱。
    • 土壤圈 – 地球最外層由土壤組成並受土壤形成過程影響的區域
    • 外層
      • 按組成
        • 地殼 – 岩石行星、矮行星或天然衛星的最外層固體殼層。
        • 莫霍面——地殼與地球地幔之間的分界線。
        • 地球地幔——地球內部位於地殼與地核之間的部分。
      • 根據地震波的傳播
        • 地殼 – 由其剛性力學性質定義的類地行星或天然衛星最外層的剛性外殼。
        • 軟流層 – 地球上地幔（上地幔）中粘度極高、機械強度較弱且具有延展性的區域。
        • 中地幔 — 位於地殼與軟流層之間、但位於外核之上的地幔部分。
    • 古騰堡不連續面（英語：Gutenberg discontinuity）– 地幔與地球核心之間的分界線。
    • 地球核心 – 行星的內層部分，由組成材料的差異浮力導緻密度較大的材料向中心聚集形成。
      • 外核 — 位於地球固體內核與地幔之間，主要由鐵和鎳組成的液態層。
      • 萊曼不連續面 — 內核與外核之間的分界線。
      • 內地核 — 地球最內層部分，由鐵鎳合金構成的固體球體。
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地球科學分支

大氣科學

大氣科學 – 對大氣層、其過程及其與其他系統相互作用的研究

  • 氣候學 – 對氣候的科學研究，定義為一段時間內天氣條件的平均值
  • 氣象學 – 跨學科的科學研究，專注於天氣預報
  • 古氣候學 – 研究地球整個歷史尺度上的氣候變化
  • 大氣化學 – 大氣科學中研究大氣化學的分支
  • 大氣物理學 – 將物理學應用於大氣研究
  • 古風暴學 — 通過地質學指標和歷史文獻研究過去熱帶氣旋活動。

地質學

  • 地質學 — 研究地球組成部分的成分、結構、物理性質及其歷史，以及塑造這些成分的過程。
    • 經濟地質學 – 涉及具有經濟價值的地球材料的科學
    • 工程地質學 – 將地質學應用於工程實踐的學科。
    • 環境地質學 – 將地質學應用於環境問題的實踐科學。
    • 第四紀地質學 — 研究260萬年前以來地球演變的地質學分支
    • 行星地質學 — 研究圍繞恆星運行的天體地質特徵的學科
    • 石油地質學 — 研究烴類燃料的起源、分布、遷移、聚集及勘探的學科
    • 歷史地質學 – 研究地球地質歷史的學科
    • 水文地質學 – 研究地下水分布與運動的學科
    • 構造地質學 – 研究地球地殼變形特徵及其成因的學科
  • 地球化學 – 應用化學分析地質系統的科學
  • 地質年代學 – 確定岩石、沉積物和化石年齡的科學
  • 大地測量學 – 研究地球的幾何形狀、空間定位及重力場的科學
  • 地磁學 – 研究地球磁場的科學
  • 地微生物學 – 研究微生物學與地質學相互作用的科學
  • 地貌學 – 研究地貌及其形成過程的科學
  • 冰川學 – 研究冰及其相關自然現象的科學
  • 地球物理學 – 地球及其空間環境的物理學，以及利用定量物理方法研究地球的科學
  • 微古生物學 – 古生物學中研究微化石的分支
  • 礦物學 – 對礦物及礦物化遺蹟的科學研究
  • 古生物學 — 對史前生命的科學研究
  • 孢粉學 — 對塵埃的研究
  • 岩石學 — 地質學中研究岩石的起源、組成、分布和結構的分支
  • 物理大地測量學 — 研究地球重力場的物理性質
  • 沉積學 — 研究自然沉積物及其形成過程
  • 地震學 — 研究地震及彈性波在行星中的傳播
  • 地層學 – 研究岩石層及其形成過程的學科
  • 火山學 – 研究火山、熔岩、岩漿及相關現象的學科
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地理學

地理學 — 研究地球表面、居住於其上的社會以及構成地球表面的領土、景觀、地點或地區的科學。

  • 自然地理學 — 自然科學的一個分支，研究自然環境中的過程和模式，如大氣圈、水圈、生物圈和岩石圈，與文化或人工環境相對，後者是人文地理學的領域
  • 人文地理學 – 研究世界各國人民的文化、社區和活動
  • 製圖學
  • 地形學
  • 地理統計學 – 統計學的一個分支，專注於空間數據集
  • 環境化學 – 對自然環境中發生的化學和生物化學現象的科學研究
  • 環境土壤科學 – 研究人類與土壤圈的相互作用，以及生物圈、岩石圈、水圈和大氣圈的關鍵方面。
  • 地理信息科學 — 對地理數據和信息進行科學研究的學科
  • 土壤學 — 研究土壤對生物影響的科學。
  • 土壤學 — 研究土壤在其自然環境中的學科
  • 空間決策支持系統 – 用於土地利用決策的計算機輔助系統
  • 全球導航衛星系統（GNSS） – 各種衛星導航系統
  • 水文學 – 應用工程技術研究地球水體性質的科學，特別是其與陸地相關的運動。
  • 衛星導航 — 任何利用衛星無線電信號提供自主地理空間定位的系統
  • 遙感 — 在與目標物體有顯著距離的情況下獲取信息
  • 攝影測量學 — 利用攝影技術進行測量的科學
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海洋學

海洋學 — 研究海洋的物理和生物方面的學科

  • 生物海洋學 — 研究生物如何影響以及受海洋物理、化學和地質條件影響的學科。
  • 物理海洋學 — 研究海洋中的物理條件和物理過程的學科
  • 化學海洋學 – 研究海洋化學的學科
  • 古海洋學 – 研究地質歷史時期海洋演化的學科
  • 湖沼學 – 研究內陸水生生態系統的科學
  • 海洋地質學 – 研究海洋底部的歷史與結構的學科

行星科學

行星科學 — 研究行星（包括地球）、衛星和行星系統（特別是太陽系中的行星系統）及其形成過程的科學。

  • 行星地質學 – 研究圍繞恆星天體運行的天體地質特徵
  • 月球地貌學 – 研究月球表面及物理特徵
  • 理論行星學 – 通過假設行星的化學組成及其材料狀態，計算行星內部不同屬性（如溫度、壓力或密度）的徑向分布，從而進行行星內部結構的理論研究。

參見

參考資料

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