地球科学

地球科学または地質科学には、地球に関連する自然科学のすべての分野が含まれます。^{[1]これは、地球の4つの球体、つまり}生物圏、水圏/氷圏、大気圏、および地圏（または岩石圏）の物理的、化学的、生物学的な複雑な構成と相乗的なつながりを扱う科学の分野です。地球科学は惑星科学の分野であると考えられますが、その歴史ははるかに古いです。

地質学は、地球の構造、物質、プロセスを広く研究する学問です。地質学は主に、地殻や岩石を含む岩石圏、つまり地球の表面の研究です。岩石圏で発生する物理的特性やプロセス、およびそれらが地熱エネルギーによってどのように影響を受けるかが含まれます。地質学の要素が相互作用するため、化学、物理学、生物学の側面が組み込まれています。歴史地質学は、地質学を応用して地球の歴史とそれが時間とともにどのように変化してきたかを解釈する学問です。

地球化学は、地球の化学成分とプロセスを研究します。地球物理学は、地球の物理的性質を研究します。古生物学は、岩石圏の化石化した生物材料を研究します。惑星地質学は、地球外天体に関連する地球科学を研究します。地形学は、景観の起源を研究します。構造地質学は、山や低地を形成するための岩石の変形を研究します。資源地質学は、鉱物からエネルギー資源を得る方法を研究します。環境地質学は、汚染物質が土壌や岩石にどのように影響するかを研究します。 ^[2] 鉱物学は鉱物の研究であり、鉱物の形成、結晶構造、鉱物に関連する危険、鉱物の物理的および化学的性質の研究が含まれます。^[3] 岩石学は、岩石の形成と組成を含む岩石の研究です。岩石学は、岩石の類型と分類を研究する岩石学の分野です。^[4]

プレートテクトニクス、山脈、火山、地震は、地殻内の物理的および化学的プロセスの観点から説明できる地質学的現象です。 ^[6]地殻の下には、重元素の放射性崩壊によって加熱されたマントルがあります。 マントルは完全に固体ではなく、半永久的に対流しているマグマで構成されています。 この対流プロセスにより、リソスフェアプレートはゆっくりではありますが移動します。 結果として生じるプロセスはプレートテクトニクスとして知られています。 ^{[7] [8] [9] [10]}新しい地殻が形成される地殻の領域は発散境界と呼ばれ、それが地球に戻ってくる領域は収束境界と呼ばれ、プレートが互いに滑り合うが、新しいリソスフェア物質が生成または破壊されない領域は変換（または保存）境界と呼ばれます。 ^{[8] [10] [11]}地震は岩石圏プレートの動きによって発生し、沈み込みによって地殻の一部が地球に押し込まれる収束境界付近で発生することが多い。^[12]

プレートテクトニクスは、地球の表面が再形成されるプロセスであると考えられる。海底拡大の結果、マントルから割れ目を通って地表近くにマグマが流れ、そこで冷えて固まることで、新しい地殻と岩石圏が形成される。沈み込みにより、海洋地殻と岩石圏は対流するマントルに激しく戻る。^{[8] [10] [13]火山は、主に沈み込んだ地殻物質が溶けることによって発生する。}アセノスフェアに押し込まれた地殻物質は溶け、溶けた物質の一部は軽くなり、地表に浮上して火山が誕生する。^{[8] [12]}

大気科学は、気象学（天候の研究）を通じて天気を予測する手段として、19世紀後半に最初に発展しました。大気化学は、大気汚染を測定するために20世紀に開発され、1970年代に酸性雨への対応として拡大しました。気候学は、気候と気候変動を研究します。^[14]

地球の大気は、対流圏、成層圏、中間圏、熱圏、外気圏の 5 つの層から構成されています。大気の質量の 75% は、最下層の対流圏内にあります。大気は、窒素が約 78.0% 、酸素が 20.9% 、アルゴンが 0.92% 、その他に_{二酸化炭素}や水蒸気などのガスが少量含まれています。 ^[15]水蒸気と二酸化炭素_は、温室効果によって地球の大気に太陽のエネルギーを捕らえて保持します。^{[16]これにより、地球の表面は液体の水と生命が存在するのに十分な温度になります。大気は熱を閉じ込めるだけでなく、地球の表面を}宇宙線から保護することで生物を保護します。^[17]核の内部運動によって生成される磁場は、地球の大気を太陽風から保護する磁気圏を生み出します。^[18]地球は45億歳なので、^{[19] [20]}保護的な磁気圏がなければ、今頃は大気を失っているはずです。

地球の磁場は、地磁気とも呼ばれ、地球内部から宇宙にまで広がる磁場であり、太陽から放出される荷電粒子の流れ である太陽風と相互作用します。磁場は、地球の外核にある溶融鉄とニッケルの混合物の対流の動きによる電流によって生成されます。これらの対流は、コアから逃げる熱によって引き起こされ、地球ダイナモと呼ばれる自然のプロセスです。

地球表面における磁場の大きさは、25～65 μT（0.25～0.65 G）の範囲です。^{[23]近似的に、これは}地球の自転軸に対して約 11° の角度で傾いている磁気双極子の磁場によって表され、まるで地球の中心を通るその角度で巨大な棒磁石が置かれているかのようです。地磁気の北極（カナダ、ヌナブト準州のエルズミーア島）は、実際には地球の磁場の南極を表し、逆に地磁気の南極は地球の磁場の北極に対応します（反対の磁極は引き合い、磁石の北端はコンパスの針のように地球の南磁場を指すため）。

北磁極と南磁極は通常、地理学的極の近くにありますが、地質学的時間スケールではゆっくりと継続的に移動しています。ただし、通常のコンパスがナビゲーションに使用できるほどゆっくりとしています。ただし、平均して数十万年の不規則な間隔で、地球の磁場が逆転し、北磁極と南磁極が突然入れ替わります。これらの地磁気極の反転は岩石に記録され、古地磁気学者が過去の地磁気を計算する際に役立ちます。このような情報は、大陸や海底の動きを研究するのに役立ちます。磁気圏は、宇宙空間またはジオスペースにおける地球の磁場の範囲によって定義されます。磁気圏は電離層の上、宇宙空間の数万キロメートルにまで広がり、有害な紫外線から地球を保護するオゾン層を含む上層大気を剥ぎ取ってしまう太陽風や宇宙線の荷電粒子から地球を保護しています。

水文学は、地球上の水圏と水の動きについての研究です。水文学では、人間がどのように淡水資源を利用し、相互作用しているかについての研究に重点を置いています。水の動きの研究は、地形学や地球科学の他の分野と密接に関連しています。応用水文学には、水生環境を維持し、水資源を分配するための工学が含まれます。水文学のサブ分野には、海洋学、水文地質学、生態水文学、氷河学などがあります。海洋学は海洋の研究です。^{[24]水文地質学は、}地下水の研究です。地下水資源のマッピングと地下水汚染物質の分析が含まれます。応用水文地質学は、地下水と鉱泉の汚染を防ぎ、飲料水として利用できるようにすることを目指しています。地下水資源の開発は紀元前3000年にまで遡り、科学としての水文地質学は、17世紀に水文学者によって開発されました。^{[25]生態水文学は、}水圏の生態系の研究です。水生生態系の物理的研究と水生生物の生物学的研究に分けられます。生態水文学には、生物と水生生態系がお互いに与える影響と、これらの生態系が人間によってどのように影響を受けるかが含まれます。^{[26]氷河学は、}氷河や地球上の氷と雪を含む氷圏の研究です。氷河学の関心事には、氷河淡水へのアクセス、氷河災害の緩和、凍土の下にある資源の入手、気候変動が氷圏に与える影響への対処などがあります。^[27]

生態学は生物圏の研究です。これには、自然の研究、生物が地球や他の生物とどのように相互作用し、その結果にどのような影響を与えるかの研究が含まれます。生物が地球からの酸素、水、栄養素などの資源をどのように利用して生存しているかを検討します。また、人間や他の生物が自然にどのような変化をもたらすかについても検討します。^[28]

自然地理学は、地球のシステムと、それらが単一の自己完結型システムの一部としてどのように相互作用するかを研究する学問です。これには、天文学、数理地理学、気象学、気候学、地質学、地形学、生物学、生物地理学、土壌学、土壌地理学が含まれます。自然地理学は、地球上の人間の人口を研究する人文地理学とは異なりますが、人間が環境に与える影響も含みます。^[29]

研究方法は、研究対象の性質によって異なります。研究は通常、観察、実験、理論の 3 つのカテゴリのいずれかに分類されます。地球科学者は、地球の現象を研究するために、高度なコンピューター分析を実行したり、興味深い場所 (南極大陸やホットスポット諸島など) を訪れたりすることがよくあります。

地球科学の基本的な考え方は、斉一説の概念であり、「古代の地質学的特徴は、容易に観察できる活動的なプロセスを理解することによって解釈される」としています。言い換えれば、現在進行している地質学的プロセスは、地質時代を通じて同じように機能してきました。これにより、地球の歴史を研究する人は、地球のプロセスが現在どのように機能しているかについての知識を応用して、長い歴史を通じて地球がどのように進化し、変化してきたかについての洞察を得ることができます。

地球科学では、地球の表面をいくつかの異なる層、つまり球体と呼ばれるものから構成されると概念化するのが一般的です。すなわち、岩石圏、水圏、大気圏、生物圏です。この球体の概念は、地球の表面とそのさまざまなプロセスを理解するための便利なツールです^{[30]これらは、}岩石、水、空気、生命に対応します。また、水圏の明確な部分として氷圏（氷に相当）と、活動的で混合した球体として土壌圏（土壌に相当）を含める人もいます。次の科学分野は、一般的に地球科学に分類されます。

• 地質学は、地球の地殻（または岩石圏）の岩石部分とその歴史的発展について説明します。主要な分野は、鉱物学と岩石学、地形学、古生物学、地層学、構造地質学、工学地質学、堆積学です。^{[31] [32]}
• 自然地理学は、地球科学としての地理学に焦点を当てています。自然地理学は、地球の季節、気候、大気、土壌、河川、地形、海洋を研究する学問です。自然地理学は、地形学、生物地理学、環境地理学、古地理学、気候学、気象学、沿岸地理学、水文学、生態学、氷河学など、いくつかの分野または関連分野に分けられます。^[要出典]
• 地球物理学と測地学は、地球の形状、力に対する地球の反応、磁場と重力場を調査します。地球物理学者は、地球の核とマントル、およびリソスフェアの地殻変動と地震活動を調査します。 ^{[32] [33] [34]}地球物理学は、特に鉱物や石油の探査において、地殻の地質学の包括的な理解を深める地質学者の仕事を補完するためによく使用されます。地震学者は、地球物理学を使用してプレートテクトニクスの動きを理解し、地震活動を予測します。
• 地球化学は、地質環境における化合物と同位体の存在量、組成、分布を制御するプロセスの研究として定義されます。地球化学者は化学のツールと原理を使用して、地球の組成、構造、プロセス、その他の物理的側面を研究します。主要なサブ分野は、水性地球化学、宇宙化学、同位体地球化学、生物地球化学です。
• 土壌科学は、土壌形成プロセスの影響を受ける地球の地殻の最外層（または土壌圏）を対象としています。^[35]この研究分野の主な分野には、土壌学と土壌学があります。^[36]
• 生態学は、生物とその環境との相互作用を扱います。この研究分野は、地球の研究を太陽系の他の惑星の研究と区別するものであり、地球は生命が溢れる唯一の惑星です。
• 水文学、海洋学、湖沼学は、水の動き、分布、水質に焦点を当てた研究であり、地球とその大気（または水圏）の水循環のすべての要素を扱っています。「水文学の分野には、水文気象学、表層水水文学、水文地質学、流域科学、森林水文学、水化学などがあります。」^[37]
• 氷河学は、地球の氷の部分（または氷圏）を扱います。
• 大気科学は、地球の表面と外気圏（約 1000 km）の間の気体部分（または大気）をカバーします。主要な分野には、気象学、気候学、大気化学、大気物理学などがあります。

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• 惑星および宇宙探査における地理倫理。
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