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地球系统指的是
大气圈
、
水圈
、陆圈和
生物圈
（包括人类本身）组成的作为整体的地球。它包括了自地心到地球的外层空间的十分广阔的范围，是一个复杂的非线性系统，其间存在着地球系统各组成部分之间的相互作用，物理、化学和生物三大基本过程之间的相互作用以及人与地球系统之间的相互作用。
地球系统科学
研究地球系统在复杂的相互作用中运转的机制；地球系统变化的规律和控制这些变化的机理；从而建立全球环境变化预测的科学基础，并为地球系统的科学管理提供依据。
今天，人类面临的环境问题的严重性在于它们不再只是局地的或区域的问题，而是跨越国界的
全球性问题
，如
气候变暖
臭氧洞
的形成和加剧，沙漠化和
水资源短缺
，植被破坏和物种大量消失等等，无一不是全球面临的共同问题。这些重大的环境问题就科学内容而言已经远远超过了单一学科的范围，往往涉及大气、海洋、土壤、生物等各类
环境因子
，又与物理、化学和
生物过程
有密切关联。只有从地球系统的整体着手才有可能弄清这些问题产生的原因，寻求解决的办法。
全球环境的别一个重要特点是，重大环境问题主要是人类的不合理开发利用地球资源所造成的，其影响就强度和速度而言已接近自然变化，并正在继续加剧，从而可能对未来人类的生存环境产生长远的不可逆转的后果。这就迫使人们从球角度制定对策，控制和调整自身的行为，使整个
地球环境
朝着有利于人类的方向发展。
同时，观测技术的发展，特别是
卫星遥感技术
，提供了对整个地球系统行为进行长期的、立体监测的能力；计算机技术的发展为收集处理分析地球系统变化的庞大信息、发展复杂的地球系统的数学模式提供了工具。只有技术的发展加上自然科学各分支学科自身的进步，才有可能从整体上研究整个地球系统及其变化。
因此，地球系统科学是为迎接人类面临的基本生存环境问题，即
全球变化
的挑战而兴起的一门基础学科，是全球环境变化研究的理论基础。
从全球环境变化的速度看，地球系统可看作由慢变化和快变化两个系统组成，快变化系统由大气、陆面和上层海洋组成。快系统是驱动地球系统的
热机
，供给动量、水和能量。如云控制着行星反射率和可达地面的辐射能量，驱动
大气运动
，同时也通过海洋和大气之间的动量、热量交换驱动海水的运动。到达地面的
太阳辐射
同时也是供给生物生长的主要能源。蒸发和降水控制地球
水循环
，也控制着地球上生物所需要的淡水。淡水和光的供应控制植物分布；植被和土地利用也是控制地表对太阳辐射的吸收、蒸腾和湍流热输送的主要因子。同时，水体和土地利用影响
生物地球化学循环
，这本身又受到人类活动的支配。因此，一方面能量过程是地球系统变化的动力；别一方面这种动力又要依靠两个
物质循环
过程；水循环和生物地球化学循环，把大气、海洋、陆地和生物圈联结起来。快系统变化的
时间尺度
大约是10~100年，与当前人类面临的
全球环境问题
联系最密切。
地球系统科学关注的另一时间尺度是几千年到几万年的变化过程，它以研究地球系统的形成、演化为主要目标。在这个时间尺度，地球变化同时受太阳辐射能量和
地核
能量
过程所
驱动。整个地球系统可看作是由地核-
地幔
过程、板块动力过程和
太阳驱动
过程这三个子系统所组成。主要的科学问题是研究地球系统在漫长的演化过程中是如何工作的？这里包含了早期
地球史
的研究，如地壳的形成，地核和地幔的形成，大气圈、水圈及生物圈形成，板块动力学，太阳能驱动下岩石侵蚀、风化、
土壤形成
、地貌变化及
古气候
的研究等。
显然，两个尺度的地球系统变化过程是密切联系在一起的，长期的历史演变是近代地球环境变化的背景。
地球系统科学以整个地球为研究对象，但它并非是一门凌驾于所有
地球科学
、环境科学和
宏观生物学
等之上的“超级学科”，而是以学科之间的交叉地带作为其主要研究领域，以学科之间的相互渗透和合作为其研究方式的一门交叉学科，在这里需要有创新的观念、方法和理论。
地球化学循环的主要类型及其特点如下：
一、主要类型
地球圈层物质循环类型涉及了地球上各种物质的循环方式和流动路径。这些物质包括水、气体、营养物质和矿物质等。地球圈层物质循环主要分为水循环、碳循环、氮循环、磷循环和硫循环。这些循环类型相互关联，构成了地球生态系统的重要组成部分。
水循环是地球上最为基本的物质循环类型之一。它指的是地球上水分在大气、陆地、海洋之间的循环，包括蒸发、降水、渗透、地下水等过程。水循环是维持地球上生命的基础之一，它不仅滋润植被、维持动物生命，还起到了调节地球气候的重要作用。
碳循环指的是地球上碳元素在各个圈层之间的循环。它包括生物碳循环和地球化学碳循环两部分。生物碳循环是指生物体内和生态系统之间的碳元素循环，包括植物的光合作用、动物呼吸和死亡，以及土壤中有机物质的分解等过程。
地球化学碳循环则是指碳元素在大气、陆地、海洋、岩石圈之间的循环，包括碳酸盐的沉积、火山喷发和矿物质的生物作用等过程。
二、特点
1、生物地球化学循环又称生物地球化学旋回。
2、在地球表层生物圈中，生物有机体经由生命活动，从其生存环境的介质中吸取元素及其化合物，通过生物化学作用转化为生命物质，同时排泄部分物质返回环境，并在其死亡之后又被分解成为元素或化合物返回环境介质中。
3、循环往复的过程，称为生物地球化学循环，生物地球化学循环还包括从一种生物体另一种生物体的转移或食物链的传递及效应。
地球的组成：
1、地核：
地球的核心部分，位于地球的最内部。半径约有3470km，主要由铁、镍元素组成，高密度，地核物质的平均密度大约为每立方厘米10.7克。温度非常高，有4000~6800℃。
地核的质量占整个地球质量的31.5％，体积占整个地球体积的16.2％。根据地震波的变化情况，发现地核也有外核、内核之别。
内、外核的分界面，大约在5155千米处。因地震波的横波不能穿过外核，所以一般推测外核是由铁、镍、硅等物质构成的熔融态或近于液态的物质组成。液态外核会缓慢流动，故有人推测地球磁场的形成可能与它有关。由于横波在内核存在，所以内核是固态的。
2、地幔（Mantle）：
介于莫霍面和古登堡面之间，厚度在2800km以上，平均密度为4.59g/cm?，体积约占地球体积的82.26％，地幔的质量约占地球总质量的67.0％。
在很大程度上影响了地球物质的总组成，地幔的横向变化比较均匀，根据地震波速度的变化以1000km激增带为界面（雷波蒂面），进一步划分出上地幔和下地幔两个次一级圈层。
3、地壳（Earth Crust）：
地质学专业术语，是指由岩石组成的固体外壳，地球固体圈层的最外层，岩石圈的重要组成部分，通过地震波的研究判断，地壳与地幔的界面为莫霍洛维奇不连续面（莫霍面）。
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