Nauka o Ziemi - Earth science
Nauka o Ziemi lub Geoscience obejmuje wszystkie dziedziny przyrodoznawstwa związane z planety Ziemi . Jest to dziedzina nauki zajmująca się fizykochemiczną budową Ziemi i jej atmosfery. Naukę o Ziemi można uznać za gałąź planetologii , ale o znacznie starszej historii. Nauka o Ziemi obejmuje cztery główne gałęzie badań: litosferę , hydrosferę , atmosferę i biosferę , z których każda jest dalej podzielona na bardziej wyspecjalizowane dziedziny.
W naukach o Ziemi istnieją zarówno podejścia redukcjonistyczne, jak i holistyczne . To także badanie Ziemi i jej sąsiadów w kosmosie. Niektórzy naukowcy zajmujący się Ziemią wykorzystują swoją wiedzę o planecie do lokalizowania i rozwijania zasobów energetycznych i mineralnych. Inni badają wpływ działalności człowieka na środowisko Ziemi i projektują metody ochrony planety. Niektórzy wykorzystują swoją wiedzę na temat procesów na Ziemi, takich jak wybuchy wulkanów , trzęsienia ziemi i huragany, aby planować społeczności, które nie narażają ludzi na te niebezpieczne wydarzenia.
Nauki o Ziemi mogą obejmować badania geologii , litosfery i wielkoskalowej struktury wnętrza Ziemi , a także atmosfery , hydrosfery i biosfery . Zazwyczaj naukowcy zajmujący się Ziemią używają narzędzi z geologii, chronologii , fizyki , chemii , geografii , biologii i matematyki, aby uzyskać ilościowe zrozumienie tego, jak Ziemia działa i ewoluuje. Nauka o Ziemi wpływa na nasze codzienne życie. Na przykład meteorolodzy badają pogodę i obserwują niebezpieczne burze. Hydrolodzy badają wodę i ostrzegają przed powodziami. Sejsmolodzy badają trzęsienia ziemi i próbują zrozumieć, gdzie one uderzą. Geolodzy badają skały i pomagają zlokalizować przydatne minerały. Naukowcy zajmujący się Ziemią często pracują w terenie — na przykład wspinając się po górach, badając dno morskie, czołgając się przez jaskinie lub brodząc po bagnach. Mierzą i zbierają próbki (takie jak skały lub wodę rzeczną), a następnie zapisują swoje wyniki na wykresach i mapach.
Kierunki studiów
Następujące dziedziny nauki są ogólnie podzielone na kategorie w naukach o Ziemi:
- Geologia opisuje skaliste części skorupy ziemskiej (lub litosfery ) i jej historyczny rozwój. Główne subdyscypliny są mineralogia i petrologia , geomorfologii , paleontologii , stratygrafii , geologii strukturalnej , geologii inżynierskiej i sedymentologia .
- Geografia fizyczna skupia się na geografii jako nauce o Ziemi. Geografia fizyczna zajmuje się badaniem pór roku, klimatu, atmosfery, gleby, strumieni, ukształtowania terenu i oceanów na Ziemi. Geografię fizyczną można podzielić na kilka dziedzin lub dziedzin pokrewnych, takich jak: geomorfologia , biogeografia , geografia środowiska , paleogeografia , klimatologia , meteorologia , geografia wybrzeża , hydrologia , ekologia , glacjologia .
- Geofizyka i geodezja badają kształt Ziemi , jej reakcje na siły oraz jej pola magnetyczne i grawitacyjne . Geofizycy badają jądro i płaszcz Ziemi, a także aktywność tektoniczną i sejsmiczną litosfery. Geofizyka jest powszechnie stosowana w celu uzupełnienia pracy geologów w rozwijaniu wszechstronnego zrozumienia geologii skorupy ziemskiej, szczególnie w eksploracji minerałów i ropy naftowej. Sejsmolodzy wykorzystują geofizykę do zrozumienia ruchów tektonicznych płyt, a także do przewidywania aktywności sejsmicznej.
- Geochemia jest definiowana jako badanie procesów, które kontrolują liczebność, skład i rozmieszczenie związków chemicznych i izotopów w środowiskach geologicznych. Geochemicy używają narzędzi i zasad chemii do badania składu, struktury, procesów i innych fizycznych aspektów Ziemi. Główne poddyscypliny to geochemia wody , kosmochemia , geochemia izotopowa i biogeochemia .
- Gleboznawstwo obejmuje najbardziej zewnętrzną warstwę skorupy ziemskiej, która podlega procesom glebotwórczym (lub pedosferze ). Główne działy w tej dziedzinie to edafologia i pedologia .
- Ekologia obejmuje interakcje między organizmami a ich środowiskiem. Ta dziedzina badań odróżnia badania Ziemi od badań innych planet Układu Słonecznego , gdyż Ziemia jest jedyną planetą tętniącą życiem.
- Hydrologia , oceanografia i limnologia to badania, które koncentrują się na ruchu, rozmieszczeniu i jakości wody i obejmują wszystkie elementy cyklu hydrologicznego na Ziemi i jej atmosferze (lub hydrosferze ). „Poddyscypliny hydrologii obejmują hydrometeorologię, hydrologię wód powierzchniowych, hydrogeologię, nauki o zlewniach, hydrologię leśną i chemię wód”.
- Glacjologia obejmuje lodowe części Ziemi (lub kriosferę ).
- Nauki o atmosferze obejmują gazowe części Ziemi (lub atmosfery ) między powierzchnią a egzosferą (około 1000 km). Główne subdyscypliny to meteorologia, klimatologia, chemia atmosfery i fizyka atmosfery .
Wnętrze Ziemi
Tektonika płyt , łańcuchy górskie, wulkany i trzęsienia ziemi to zjawiska geologiczne, które można wyjaśnić w kategoriach fizycznych i chemicznych procesów zachodzących w skorupie ziemskiej .
Pod ziemską skorupą leży płaszcz , który jest podgrzewany przez rozpad radioaktywny z ciężkich pierwiastków . Płaszcz nie jest całkiem solidny i składa się z magmy, która jest w stanie konwekcji półwiecznej . Ten proces konwekcji powoduje, że płyty litosferyczne poruszają się, aczkolwiek powoli. Powstały proces znany jest jako tektonika płyt .
Tektonika płyt może być uważana za proces, w którym Ziemia jest wynurzana. W wyniku rozprzestrzeniania się dna morskiego powstaje nowa skorupa i litosfera w wyniku przepływu magmy z płaszcza do najbliższej powierzchni przez szczeliny, gdzie ochładza się i zestala. Poprzez subdukcję skorupa oceaniczna i litosfera powracają do płaszcza konwekcyjnego.
Obszary skorupy, w których tworzy się nowa skorupa, nazywane są granicami rozbieżnymi , te, w których jest ona sprowadzana z powrotem do Ziemi, są granicami zbieżnymi, a te, w których płyty przesuwają się obok siebie, ale nie tworzy się ani nie niszczy nowego materiału litosfery, określa się mianem transformacji (lub konserwatywne) granice Trzęsienia ziemi wynikają z ruchu płyt litosferycznych i często występują w pobliżu zbieżnych granic, gdzie części skorupy są wciskane w ziemię w ramach subdukcji.
Wulkany powstają przede wszystkim w wyniku topnienia podbitego materiału skorupy. Materiał skorupy , który jest wtłaczany do astenosfery, topi się, a część stopionego materiału staje się wystarczająco lekka, aby unieść się na powierzchnię, powodując powstanie wulkanów.
atmosfera ziemska
Troposfery , stratosfery , mezosfery , termosferę i Exosphere to pięć warstw, które tworzą atmosferę ziemską. 75% gazów w atmosferze znajduje się w troposferze, najniższej warstwie. W sumie atmosfera składa się z około 78,0% azotu , 20,9% tlenu i 0,92% argonu . Oprócz azotu, tlenu i argonu występują niewielkie ilości innych gazów, w tym CO 2 i para wodna. Para wodna i CO 2 umożliwiają ziemskiej atmosferze przechwytywanie i zatrzymywanie energii słonecznej poprzez zjawisko zwane efektem cieplarnianym . Dzięki temu powierzchnia Ziemi jest wystarczająco ciepła, aby mieć płynną wodę i podtrzymywać życie. Oprócz magazynowania ciepła atmosfera chroni również żywe organizmy, osłaniając powierzchnię Ziemi przed promieniowaniem kosmicznym — które często błędnie uważa się za odchylane przez pole magnetyczne . Pole magnetyczne — wytworzone przez wewnętrzne ruchy jądra — wytwarza magnetosferę, która chroni ziemską atmosferę przed wiatrem słonecznym . Ponieważ Ziemia ma 4,5 miliarda lat, straciłaby już swoją atmosferę, gdyby nie było ochronnej magnetosfery.
Pole magnetyczne Ziemi
Elektromagnes jest magnesem, który jest tworzony przez prąd elektryczny. Ziemia ma solidne żelazne jądro wewnętrzne otoczone płynnym zewnętrznym jądrem, które ulega konwekcji; dlatego Ziemia jest elektromagnesem. Ruch konwekcji płynów podtrzymuje pole magnetyczne Ziemi.
Pole magnetyczne jest również bardzo ważne, ponieważ niektóre ptaki i owady wykorzystują je do poruszania się na duże odległości. Są w stanie to zrobić dzięki namagnesowanym kryształom żelaza znajdującym się w ich skórze w celu orientacji. Najważniejszą funkcją pola magnetycznego Ziemi jest ochrona organizmów. Protony o wysokiej energii są odchylane wraz z elektronami w wietrze słonecznym. Gdyby organizmy miały bezpośredni kontakt z tymi cząstkami, byłoby to śmiertelne. Aby spójność pola magnetycznego pozostała stała, musi istnieć przyciągające pole magnetyczne. Jeśli zmienia się ruch pola magnetycznego, zmienia się również każdy jego aspekt. Wskazuje siłę proporcjonalną do prędkości poruszającego się ładunku
Pola magnetyczne można mierzyć wieloma różnymi jednostkami, takimi jak Tesla (T). Inną powszechnie używaną jednostką jest Gauss (G) lub ja 1 G odpowiada 10-4 T (lub 1 mG = 0,1 µT) Mniejszą jednostką pola magnetycznego jest Gauss (1 Tesla = 10 000 Gaussów)
Prawo Lorentza
Wszystko w polu magnetycznym można zdefiniować przez prawo Lorentza.
Siła elektromagnetyczna utrzymuje razem atomy i cząsteczki. W rzeczywistości siły przyciągania elektrycznego i odpychania ładunków elektrycznych są tak dominujące nad pozostałymi trzema podstawowymi siłami, że można je uznać za nieistotne jako wyznaczniki struktury atomowej i molekularnej
Prawo Lorentza Force zostało nazwane na cześć holenderskiego fizyka Hendrika Antoon Lorentza, który jako pierwszy sformułował to równanie. Lorentz wysunął teorię, że atomy mogą składać się z naładowanych cząstek i zasugerował, że oscylacje tych naładowanych cząstek były źródłem światła.
Metodologia
Metodologie różnią się w zależności od charakteru badanych przedmiotów. Badania zwykle należą do jednej z trzech kategorii: obserwacyjnej, eksperymentalnej lub teoretycznej. Naukowcy zajmujący się Ziemią często przeprowadzają zaawansowaną analizę komputerową lub odwiedzają interesujące miejsca w celu zbadania zjawisk ziemskich (np. Antarktyda lub łańcuchy wysp o gorących punktach).
Fundamentalną ideą w nauce o Ziemi jest pojęcie uniformitaryzmu , które stwierdza, że „starożytne cechy geologiczne są interpretowane poprzez zrozumienie aktywnych procesów, które można łatwo zaobserwować”. Innymi słowy, wszelkie procesy geologiczne zachodzące w teraźniejszości działały w ten sam sposób przez cały czas geologiczny. Umożliwia to osobom badającym historię Ziemi zastosowanie wiedzy o tym, jak procesy ziemskie działają w teraźniejszości, aby uzyskać wgląd w ewolucję i zmiany planety w ciągu długiej historii.
Kule Ziemi
-13 —
–
-12 —
–
-11 —
–
-10 —
–
-9 —
–
-8 —
–
-7 —
–
-6 —
–
-5 —
–
-4 —
–
-3 —
–
-2 —
–
-1 —
–
0 —
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
( miliard lat temu ) |
Nauka o Ziemi ogólnie uznaje cztery sfery: litosferę , hydrosferę , atmosferę i biosferę ; odpowiadają one skałom , wodzie , powietrzu i życiu . Również w niektórych są kriosfery (odpowiadające lodem ) jako oddzielna część hydrosferą i pedosfery (odpowiadającej gleby ) jako czynnego i wymieszane kuli.
Rozpad nauk o Ziemi
- Hydrologia
- Limnologia (nauka słodkowodna)
-
Oceanografia (nauka o morzu)
- Oceanografia chemiczna
- Oceanografia fizyczna
- Oceanografia biologiczna (biologia morska)
- Oceanografia geologiczna (geologia morza)
-
Geologia
- Geologia gospodarcza
- Geologia inżynierska
- Geologia środowiskowa
- geologia historyczna
- Geologia planetarna i geografia planetarna
- sedymentologia
- Stratygrafia
- Geologia strukturalna
- Geografia
- Geochemia
- Geomorfologia
-
Geofizyka
- Geochronologia
- Geodynamika (patrz także Tektonika )
- Geomagnetyzm
- Grawimetria (również część Geodezji )
- Sejsmologia
- Glacjologia
- Hydrogeologia
- Mineralogia
- Petrologia
- Speleologia
- Wulkanologia
- Systemy
- Nauka o systemie Ziemi
- Nauka o środowisku
- Geografia
- Hipoteza Gai
- Ekologia systemów
- Geologia systemów
- Inni
Zobacz też
- Amerykański Instytut Nauk o Ziemi
- Oprogramowanie graficzne dla nauk o Ziemi
- Geonauka środowiskowa
- GEO-LEO (GEO Biblioteczni Eksperci Online)
- Słowniczek terminów geologicznych
- Lista organizacji zajmujących się naukami o Ziemi
- Lista rosyjskich naukowców zajmujących się Ziemią
- Lista nierozwiązanych problemów w naukach o Ziemi
- Robienie Ameryki Północnej (film PBS 2015)
- Nanogeologia
- Krajowe Stowarzyszenie Nauczycieli Nauk o Ziemi
- Turystyka naukowa
- Struktura Ziemi
Bibliografia
Źródła
- Adams, Szymon; Lambert, David (2006). Nauka o Ziemi: Ilustrowany przewodnik po nauce . Nowy Jork, NY: Chelsea House. Numer ISBN 978-0-8160-6164-8.
- Joseph P. Pickett (redaktor wykonawczy) (1992). Słownik American Heritage w języku angielskim (4th ed.). Boston, MA: Houghton Mifflin Company. Numer ISBN 978-0-395-82517-4.
- Simison, W. Brian (2007-02-05). „Mechanizm tektoniki płyt” . Źródło 2007-11-17 .
- Smith, Gary A.; Kalambur, Aurora (2006). Jak działa Ziemia? Geologia fizyczna i proces naukowy . Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall. Numer ISBN 978-0-13-034129-7.
- Oldroyda, Davida (2006). Cykle Ziemi: perspektywa historyczna . Westport, CT: Greenwood Press. Numer ISBN 978-0-313-33229-6.
Dalsza lektura
- Allaby M., 2008. Słownik Nauk o Ziemi , Oxford University Press, ISBN 978-0-19-921194-4
- Korvin G., 1998. Modele fraktalne w naukach o Ziemi , Elsvier, ISBN 978-0-444-88907-2
- „Budżet Energetyczny Ziemi” . Badanie Klimatologiczne w Oklahomie. 1996-2004 . Źródło 2007-11-17 .
- Miller, George A.; Christiane Fellbaum; i Randee Tengi; i Pamelę Wakefield; i Rajesh Poddar; i Helen Langone; Benjamin Haskell (2006). „Wyszukiwarka WordNet 3.0” . WordNet leksykalna baza danych dla języka angielskiego . Princeton, NJ: Princeton University/Cognitive Science Laboratory . Źródło 2007-11-10 .
- „NOAA National Ocean Service Education: Geodezja” . Narodowa Administracja Oceaniczna i Atmosferyczna. 2005-03-08 . Źródło 2007-11-17 .
- Reed, Krystyna (2008). Nauka o Ziemi: dekada po dekadzie . Nowy Jork, NY: Fakty w aktach. Numer ISBN 978-0-8160-5533-3.
- Tarbuck EJ, Lutgens FK i Tasa D., 2002. Nauka o Ziemi, Prentice Hall, ISBN 978-0-13-035390-0