Naturmiljø

Naturmiljøet er de fysiske omgivelsene eller forhold som mennesker, dyr, planter og andre organismer lever i. Dette omfatter for eksempel temperatur, fuktighet og tilgang på næring. En snakker om en todeling mellom organisme og miljø, der miljøet er summen av de levende og ikke-levende komponentene, altså påvirkninger og hendelser rundt en organisme. Alle organismer, populasjoner og samfunn (fra virus til mennesker) er både avhengige av andre organismer og av miljøet for å få dekket sine behov, slik som for eksempel føde, energi, vann, oksygen og husly.

En organisme lever i en tilstand av dynamisk likevekt med omgivelsene. Miljøet er i konstant endring og organismen foretar indre justeringer som svar på de ytre endringene i en eller flere miljøfaktorer, som temperatur, nedbør, relativ fuktighet, oksygeninnhold og pH. Dette må den gjøre for å kunne overleve, spise, vokse og formere seg. Dette gjelder både på individnivå og på artsnivå.

Miljøet i seg selv er også dynamisk fordi fysiske prosesser endrer jordens egenskaper over tid. En kan si at livet i seg selv gir miljøendringer. Fordi andre organismer er en del av hvert individs miljø, kan endringer i artsfordelinger i stor grad endre økologiske interaksjoner i et samfunn. Tap av en innfødt art eller introduksjon av en fremmed art kan svekke overlevelsesevnen til andre organismer. På en enda større skala har organismer over svært lang tid endret naturmiljøet drastisk. Fritt oksygen (O2) var ikke til stede i jordens tidlige atmosfære. Utvikling av de første encellede organismer førte til stor produksjon av oksygen, noe som over mange hundre millioner år førte til at gassen ble en viktig bestanddel av atmosfæren. I dagens atmosfære kontrollerer plantelivet en stor del av energi- og vannstrømmene mellom land og atmosfære.

En kan ikke finne helt naturlige miljøer på jorden, altså naturmiljøer som er helt uten menneskelig påvirkning. De omfattende miljøendringene som menneskeheten står bak i antropocen har påvirket alle naturlige miljøer fundamentalt. Dette har blant annet ført til klimaendringer, tap av biologisk mangfold og forurensning fra plast og kjemikalier i luft og vann.

Begrepsavklaringer og definisjoner 
Naturmiljøet blir ofte definert som komplekset av abiotiske (fysiske, kjemiske, ikke-levende) og biotiske (levende) faktorer som virker på en organisme, populasjon eller et økologisk samfunn, og som over tid bestemmer dets form og overlevelse. Atmosfæren, hydrosfæren og litosfæren (jord, luft og vann) utgjør sentrale abiotiske faktorer. Disse kan endre seg i løpet av et døgn, en sesong eller de har årlige sykluser. Organismenes biotiske miljø er alle de levende delene i deres omgivelser. Livsmiljø eller livsvilkår brukes også om forholdene en organisme lever under, og er da synonymt med biotop.

Ordet miljø har ofte en vid betydning, som samlebetegnelse for personlige, sosiale, kulturelle og politiske omgivelser som mennesker lever i og påvirkes av. Ofte er det underforstått at det er naturmiljøet en refererer til, selv om en bare bruker ordet miljø. Når en innenfor biologien snakker om miljø,  menes også forholdene inne i en organisme. En gjør da gjerne forskjell på det indre og ytre miljø, der det ytre miljøet er det som er nevnt innledningsvis (naturmiljø). Enda en inndeling går på samhandling med organismer av samme art eller mellom ulike arter.

En skiller også mellom naturlig og menneskeskapt miljø. Med naturlig miljø menes da et naturområde på jorden (villmark) som ikke er påvirket av mennesker, der både levende og døde elementer regnes inn i begrepet. Et menneskeskapt miljø er et som er påvirket eller endret av mennesker, det være seg jordbruksområde eller områder med bosetning. Få områder i verden er upåvirket av menneskelige inngrep. En inndeling som også brukes, er klassifisering i terrestriske miljøer (på landjorden), akvatiske miljøer (ferskvann, hav og elver) og atmosfæriske miljøer (luft).

Definisjoner av naturmiljø gjenspeiler i mange tilfeller menneskenes syn på hva som utgjør naturlige, i motsetning til ikke-naturlige (kunstige) miljøer. I populær- og vitenskapelig litteratur betyr ordet «naturlig», i miljøsammenheng, det som verken er laget, endret eller på annen måte påvirket av mennesker. I virkeligheten finnes det knapt noe område av jorden med et naturmiljø som ikke på noe vis er endret av mennesker.

Økologi er den delen av biologien som dreier seg om interaksjoner mellom levende organismer og deres forhold til miljøet. Begge er nært beslektet, og det er alltid en kontinuerlig vekselvirkning mellom dem, slik at enhver endring i miljøet har en effekt på levende organismer og omvendt. Et økosystem kan forstås som enhver enhet av et biologisk system der alle organismer som samhandler (utgjør samfunn) i et gitt område med det fysiske miljøet.

Ordet miljøfaktor brukes om kjennetegnene på et fysisk miljø. Miljøfaktorene er med på å bestemme eksistensmulighetene for en organisme i miljøet. Et beslektet begrep er miljøindikator, som er forskjellige målbare størrelser som brukes for å karakterisere tilstanden i et område utsatt for menneskelig påvirkning. Det kan for eksempel være antall fisk i området, konsentrasjon av stoffer, ofte miljøgifter, i jord, luft og vann eller antall organismer av forskjellig slag på et sted.

Historie 

Det engelske ordet for miljø («environment») ble benyttet første gang av den skotske forfatteren Thomas Carlyle (1795–1881) i 1820-årene. Ordet ble videre popularisert i siste halvdel av 1800-tallet av den engelske filosofen Herbert Spencer (1820–1903). Imidlertid hadde mange andre beskrevet omgivelsene til forskjellige skapninger og bemerket påvirkning mellom dem lenge før disse britene. Blant annet skrev den franske naturvitenskapsmannen Georges-Louis Leclerc de Buffon (1707–1788) i sitt store verk Histoire naturelle générale et particulière at «Klimaets temperatur, kvaliteten på maten og slaveriets ondskap [domestisering] – dette er de tre årsakene til endring, veksling og degenering hos dyr.»

Andre franske vitenskapsmenn forsøkte senere å anvende fellesbetegnelser på det en i dag kaller miljøfaktorer. Zoologene Jean-Baptiste de Lamarck (1744–1829) snakket om  «omstendigheter», og hans kollega Georges Cuvier (1769–1832) brukte begrepet «eksistensbetingelser». Lamarck brukte «omstendigheter» for å beskrive forhold rundt klima, temperatur, omgivelsesmedier (vann, luft), vaner, bevegelser, handlinger og så videre. Cuviers begrep baserte seg generelt på at «ingenting kan eksistere om ikke de samlede forholdene gjør eksistens mulig.» Vitenskapsfolk videre utover på 1800-tallet, som tyske Alexander von Humboldt (1769–1859), sveitseren Augustin Pyramus de Candolle (1778–1841) og skotten Charles Lyell (1797–1875), ble mer og mer opptatt av hvordan eksterne forhold påvirker organismer. For eksempel påviste Humboldt hvordan floraen varierer med høyde over havet, geologiske forhold, lufttemperatur, snøgrense og atmosfærens sammensetning og trykk.

Selv om Humboldt og Candolle understreket viktigheten av de ytre omstendigheter, var overgangen til et enkeltord som det franske «milieu» eller det engelske «environment», eller den mer eksplisitte dikotomien organisme–miljø noe som filosofer stod bak. Spencer tok i bruk ordet «environment» og forholdet organisme-miljø, etter lesning av den franske filosofen Auguste Comte (1798–1857). Den franske tradisjonen med begrepet «milieu», som egentlig betyr medium, som motstykket til «organisme», ble utviklet i 1830-årene, selv om Lamarck tidligere hadde brukt flertallsformen «milieux» for å referere til omgivelsesmedier som vann eller luft. Et eksempel på beskrivelser fra denne tiden i Frankrike er hvordan zoologen Étienne Geoffroy Saint-Hilaire (1772–1844) koblet endringer i en organisme til endringer i dens miljø. Han hevdet at det er to slags forhold som er relevante for utviklingen av organismer: de som tilhører essensen av arten og det som har med påvirkning fra den omgivende verden. Det siste forklarer hvorfor pærer fra samme frukthage kan være er store og søte, og andre ganger små og sure.

Andre engelske vitenskapsfolk tok til seg Comtes nye dikotomi om organisme og miljø. Ordet «miljø» ble først brukt i en biologisk kontekst av sosialtenkeren Harriet Martineau (1802–1876) som oversatte Comtes ord «milieu». Fraser som «den gjensidige virkningen mellom organismen og dens miljø» dukket dermed opp for første gang i Martineaus oversettelse av Comtes forelesninger. Dog var ordet «miljø» lite brukt før Spencer gjorde det til et sentralt begrep i sine populære filosofiske tekster om  biologi og psykologi. På slutten av 1800-tallet var «miljø» blitt et vanlig begrep.

Organisme og miljø 

Alle organismer (fra virus til mennesker) er avhengige andre organismer og miljøet for å få dekket sine behov, det være seg føde, energi, vann, oksygen, husly og andre behov. Forholdet og samspillet mellom organisme og miljøet er svært komplekst. Miljøet er heller ikke statisk. Både biotiske og abiotiske forhold, endrer seg kontinuerlig.

Det abiotiske miljøet kan deles inn i følgende komponenter:
 Energi
 Stråling
 Temperatur og varmestrøm
 Vann
 Atmosfæriske gasser og vind
 Brann
 Tyngdekraft
 Topografi
 Jord
 Geologisk underlag

Det biotiske miljøet kan deles inn i følgende komponenter:
 Grønne planter
 Ikke-grønne planter
 Nedbrytere
 Parasitter
 Symbionter, tett samliv med ulike andre organismer, altså de partene som lever i symbiose.
 Dyr
 Menneske

Som eksempel kan en se på miljøet til en fisk som lever i en dam. Det ytre miljøet til fisken består av abiotiske faktorer som lys, temperatur, vannet som fisken svømmer i og næringsstoffer som er oppløst i vannet, som mineraler, oksygen og andre gasser. Det biotiske miljøet består av mikroskopiske organismer som plankton, så vel som akvatiske planter, dyr og nedbrytere. Fisken har også et indre miljø, først av alt er den omsluttet en ytre kroppsoverflate. Fisken kan få skader, sykdom eller utsettes for stress som forstyrrer dens indre miljø. For eksempel vil fisken, om den lever i en dam med ferskvann, ikke kunne overleve om det kommer masse sjøvann inn i dammen. 

En organisme lever i en tilstand av dynamisk likevekt med omgivelsene. Miljøet er i konstant endring og organismen foretar indre justeringer som svar på de ytre endringene i en eller flere miljøfaktorer, som temperatur, nedbør, relativ fuktighet, oksygeninnhold og pH. Dette må den gjøre for å kunne overleve, spise, vokse og formere seg. Ikke gjelder dette bare på individnivå, men også for hele artens overlevelse. Det indre miljøet er atskilt fra det ytre med en barriere i form av kroppens ytre flater eller cellemembran. Organismen prøver alltid å opprettholde et stabilt indre miljø uansett hva som skjer med det ytre miljøet, kjent som homeostase.

Samhandling med organismer kan ta mange former og kan være både nyttige (positive) og skadelige (negative). En snakker om parasittisme, symbiose, kommensialisme (der den ene parten drar fordel, mens den andre er upåvirket), predasjon (jeger og byttedyr). Andre relasjoner er for eksempel fôring, kurtise og reproduksjon. Interaksjoner er svært viktige for overlevelse, vekst og overlevelse for alle arter.

Miljøresponser 

Organismer påvirkes og formes av de fysiske egenskapene til mediet de lever i, som dets tetthet og temperatur. Organismer reduserer vanligvis sin aktivitet eller fryser ved lav omgivelsetemperatur, men kan bli overopphetet eller få sine kroppsfunksjoner svekket når det blir varmt. Generelt vil kaldblodige dyr respondere på høyere eller lavere omgivelsetemperatur ved henholdsvis å senke eller øke sitt stoffskifte. Derimot vil kaldere omgivelser øke stoffskiftet hos et varmblodig dyr.

Variasjonsbredden for en abiotisk faktor kan være veldig stort. For eksempel kan temperaturen i vann varierer fra under 0 °C (i polare strøk) til over 50 °C (varme kilder). Hver art kan leve innenfor et visst intervall innenfor dette spennet. I et bredt området midt på temperaturintervallet lever organismen i beste velgående, kjent som bioklimatiske sone (toleransesone). Mellom dødelig temperatur og toleransesone, i hver ende av intervallet, er det et område der organismer begynner å dø. Avgjørende for når dødelighet inntreffer kan være avhengig av forhold som kjønn, alder, tid på sesongen og sult.

I biologien benyttes begrepet stress om miljømessige påvirkninger som er ugunstige for en organisme. Motstand mot stress går ut på å leve og vokse, selv om miljøpåvirkningene er utfordrende. Organismens reaksjon på stress kalles stressrespons. En organisme vil bruke energi for å motvirke stress. En respons på stress kan være å gå i dvale eller endre på metabolismen (forbrenningen). Når belastningen er kritisk, kan organismen få en permanent endring, som at den skades eller dør. For eksempel gjennomgår flere arter av indiske meitemark diapause om sommeren når jordfuktigheten og jordtemperaturen blir ugunstig (ved tørke). Tidspunktet for når disse vender tilbake til normalt liv, avhenger blant annet av sommerens lengde. Hvis sommeren forlenges noen dager mer enn normalt, vil mange meitemarkene ikke klare seg. Stressrespons avhenger på den fysiologiske tilstanden til organismen, dens helbredelses- eller reparasjonsmekanismer og organismens evne til miljøtilpassing.

Enhver organisme blir påvirket av mange forskjellige miljøfaktorer, men noen faktorer har større betydning enn andre, og noen kan regnes som kritiske. Dette fant Justus von Liebig (1803–1873) ut da han utviklet konseptet om minimumsloven ved å studere den relative rollen til forskjellige faktorer. Liebig fant ut at en organisme krever en minimumsmengde av et bestemt næringsstoff for å få riktig vekst. For eksempel vil planter enten ikke vokse eller ha dårlig vekst hvis noen næringskomponenter i jorden eller luften er begrenset. Det næringsstoffet som mangler gjør de andre næringsstoffene inaktive i organismen, for eksempel at et dyrs metabolisme svekkes. En snakker om mangelfulle og kontrollerende faktorer. Når det gjelder planter, er det fem faktorer som kontrollerer fotosyntesen, nemlig konsentrasjonen av karbondioksid, mengden vann, solstråling, mengden av klorofyll og temperaturen til kloroplast (celleorganeller). Mangel på disse faktorene vil påvirke fotosyntesen, uavhengig av mengden av de andre faktorene.

Ulike arter har forskjellige genotyper, definert som summen av alle gener som en organisme består av. Artene er forskjellige fra hverandre, og oppviser forskjellige strategier og homeostatiske mekanismer som svar på miljøendringer og interaksjoner. Dette er en konsekvens av at geonytypene er forskjellige. Hver genotype gjør seg til kjenne i form av fenotyper, altså kjennetegn knyttet til struktur og funksjoner. Avhengig av variasjonene i miljøforhold vil en genotype ha en rekke fenotyper. Organismer har svært forskjellige respons på miljøforandringer. Noen arter er ekstremt følsomme for selv den minste endring, mens andre kan modulere sine metabolske prosesser og takle endringer godt. For eksempel utvikles salamandere som vokser opp i oksygenfattig vann større gjeller, sammenlignet med andre salamandre av samme art i oksygenrikt vann.

Miljøet former organismer 

I alle økosystemer er det ressurser og begrensninger som bestemmer de ulike organismenes struktur og fysiologi. En av jordens eldste miljømessige arv er utvalget og mengden av grunnstoffer. Ved dannelsen fikk jorden karbonatomer dannet av stjerner som brant ut lenge før solen ble dannet. Karbonatomene kan inngå i molekyler hvor de danner kjeder og koblinger med andre grunnstoffer. Disse utgjør basisen i alle de organiske molekylene, som igjen utgjør livsformene på joden. Nitrogen og fosfor er også essensielle stoffer for levende organismer, ved at de spiller en sentrale roller for sammensetningen av proteiner, nukleinsyre og energirike forbindelser. Disse grunnstoffene er ofte knapphetsfaktorer for organismer, og de begrenser dermed muligheten for liv i mange miljøer. For eksempel utgjør inert nitrogengass 78 % av jordens atmosfære. Likevel er nitrogenformer som er lette å bruke av organismer, hovedsakelig ammonium og nitrat, vanligvis en knapphetsfaktor i økosystemer på landjorden. I løpet av evolusjonen bidro symbioser, som utviklet seg mellom nitrogenfikserende bakterier og planter, til å øke tilgjengeligheten av nitrogen i mange økosystemer.

Lav eller høy omgivelsetemperatur har stor betydning for organismers kroppsfunksjoner, og typisk vil de fleste reduserer sitt aktivitetsnivå eller får svekket overlevelsesevne. Mange arter har derfor utviklet egenskaper som bidrar til å beskytte seg mot ekstreme temperaturer. For eksempel har sjøløver et tykt lag med fett som isolerer mot kulde, mens havoter, som også svømmer i kaldt vann, har tykk pels. På land utvikler planter og kaldblodige dyr mørke farger, samt at de posisjonerer seg (flytter seg) for å maksimere energigevinsten fra solen i kjølig vær. I varmere regioner vil dyr gjerne unngår intens sol, mens planter beskytter seg ved å transpirere store mengder vann, maksimere luftstrømmen gjennom løvet eller gå i dvale til lavere temperaturer oppstår. 

Tilgjengelighet av vann former ytterligere den økologiske dynamikken på jorden. Tidlig liv oppsto i akvatiske økosystemer, og alle levende celler krever fortsatt vann for å fungere. Vann som finnes i miljøet påvirkes av temperatur, i for eksempel kaldt klima fryser vann og blir vanskelig tilgjengelig, mens det i veldig varme områder fordamper raskt. Organismer bruker en rekke strategier for å fange opp og beholde vannressurser. Vann er ulikt fordelt på jorden. Planter som vokser i ørkener, med liten tilgang til vann, kalles xerofytter. Disse plantene har tilpassede mekanismer for å tåle tørke. Motsatt er hydrofytter planter som krever et svært fuktig habitat. De fleste planter vokser under middels forhold, det vil si verken for tørt eller for fuktig. Disse kalles mesofytter. Xerofytter er vanligvis dverglignende busker eller urteaktige planter, med underjordiske deler som er mange ganger større enn de som er oppe i luften. Derfor har de en liten overflate for transpirasjon (avgivelse av fuktighet til luften). Rotsystemet er spredt svært nært overflaten, og absorberer fuktighet om natten eller ved nedbør. Vannet lagres i stilken og brukes veldig sakte. De delene som er over bakken og rotsystem hos hydrofytter og mesofytter er svært forskjellige. Dette er eksempler på spesifikke tilpasninger.

Ved miljøendringer kan den første responsen til ethvert dyr være økofysiologiske (endring av organismens fysiologi tilpasset miljøforhold). En organismes respons på varierende miljøfaktorer kan sees i lys av tilpasningsstrategier for overlevelse. Miljøet virker som en selektiv driver på en organismepopulasjon, og organismer utvikler strategier for å motstå miljøstress og overleve. For eksempel kan bladene hos forskjellige planter, eller til og med på en og samme plante, ha forskjellig struktur som en tilpassing ytre miljøforhold.

Dyr viser også spesifikke tilpasninger for blant annet matinntak, metabolisme og reproduksjon. For eksempel har øgler og pattedyr forskjellige tenner, fuglers nebb er forskjellige og igler er tilpasset til å suge, tygge og bite. Alt dette er morfologiske tilpasninger for inntak av føde. Hver art har sitt eget mønster for reproduksjon og kan ha spesielle deler som er tilpasset til formering. Uansett vil enhver art tilpasses slik at den kan overlev og reprodusere seg for å bringe arten videre.

Basert på en rekke observasjoner har det blitt utviklet noen enkle regler om evolusjonære tilpasninger blant dyr. Det viser seg at dyr som lever i kjølige områder har kortere hale, nebb, ører og lignende, enn arter i varme områder. Arter med stor kropp finnes vanligvis i kjølige deler av verden. Denne regelen gjelder for både kaldblodige og varmblodige dyr. Blant varmblodige arter, øker svarte pigmenter i varme og fuktige habitater. Derimot er det større hyppighet av røde og gulbrune pigmenter i tørt klima. Pigmenter er dessuten sjeldent i kaldt klima. En stor kropp og små lemmer innebærer mindre overflateareal per volumenhet av kroppen og dermed en minimering av varmetap i kaldt klima. Men et mindre overflateareal i seg selv gir ikke tilstrekkelig reduksjon av varmetap i kaldt klima for et varmblodig dyr. Det er andre tilpasningsstrategier som i tillegg er viktig, som isolasjon av kroppsoverflaten, høy varmeproduksjon og tilstrekkelig tilgang til mat i habitatet.

På samfunnsnivå studerer samfunnsøkologer hvordan ressurstilgangen påvirker karakteristikken til økosystemer, som antall og typer arter. For eksempel begrenser mengden karbon og energi som kan opptas i fotosyntesen av planter og andre produsenter mengden konsumenter et økosystem kan opprettholde. På grunn av denne grensen og fordi energi går tapt ved hvert overføringstrinn gjennom en næringsvev, kan økosystemer med lav produktivitet generelt opprettholde en mindre biomasse med konsumenter enn systemer med større produktivitet. Økologer har identifisert dette forholdet som en mulig årsak til at biologisk mangfold er større i høyproduktive tropiske regnskoger enn i mindre produktive systemer som ørkener. Innenfor lokalsamfunn kan miljøvariasjoner drive kompleks variasjon i økologisk dynamikk.

Fordi miljøet er både dynamisk og mangfoldig, er det ikke et enkelt sett med økologiske attributter eller strategier som gjør en organisme til «den best egnede». Alle levende populasjoner og arter endrer seg kontinuerlig som svar på press fra andre organismer, samt på variasjoner i jordens geologi og klima. Over tid har denne vekselvirkningen utviklet en lang rekke organismer som er avhengige av og konkurrerer med hverandre over hele jordens overflate.

Organismer former miljøet 

Miljøet er dynamisk fordi fysiske prosesser skaper endringer av jordens egenskaper over tid. En kan si at livet i seg selv gir miljøendringer. Fordi andre organismer er en del av hvert individs miljø, kan endringer i artsfordelinger i stor grad endre økologiske interaksjoner i et samfunn. I noen tilfeller kan tap av en innfødt art, eller introduksjon av en fremmed art, true overlevelsen til andre organismer. Av denne grunn er bevaring av truede organismer og kontroll av invasive arter (innvandring av fremmede arter) av stor viktighet.

Interaksjoner mellom organismer forekommer i flere forskjellige former. I antagonistiske relasjoner konkurrerer organismer om ressurser, sprer sykdom til sine naboer eller konsumerer hverandre. I mer mutualistiske relasjoner (der to arter drar fordel av hverandre) beskytter en organisme en annen, to organismer utveksler ressurser eller tettere avhengigheter utvikler seg, for eksempel forholdet mellom spesialiserte pollinatorer og blomster. I noen tilfeller dyrker arter til og med andre arter. I andre tilfeller blir arter som har stor fysisk utbredelse, habitat for mindre organismer. For eksempel rommer menneskets tarmkanal et antall bakterier, som er ti ganger større enn cellene i menneskekroppen. Et annet eksempel på interaksjon i naturmiljøet, er hypotese om at utviklingen av åpne grenstruktur i regnskogtrær, noe som kan ha bidratt til utviklingen av strukturene i forbena hos aper. Videre førte dette til at aper kan svinge seg fra tre til tre og ga utgangspunkt for menneskets fingerferdighet.

Jordens originale atmosfære antas å ha blitt dannet med tilførsel av varme fra radioaktiv nedbryting. Denne opprinnelige atmosfæren forsvant i løpet av jordens utvikling. Den bestod av metan, ammoniakk, vanndamp og neon. Fritt oksygen (O2) var ikke tilstede. Utvikling av encellede organismer førte til stor produksjon av oksygen, noe som over mange hundre millioner år førte til at gassen ble en viktig bestanddel av atmosfæren. I den moderne atmosfæren kontrollerer plantelivet en stor del av energi- og vannstrømmene mellom land og atmosfære. Forskere anslår at i det ekstreme, hypotetiske tilfellet at alt planteliv fjernes fra landjorden, vil nedbøren på jorden bli redusert med . Dyr spiller også en kritisk rolle i å påvirke de fysiske egenskapene til økosystemene. For eksempel at underjordiske termitter i Kenya øker produktiviteten på gressletter og biologisk mangfold over store områder, ved at jordens fruktbarhet økes i jevnt fordelte sirkler.

Elementene i det ytre miljøet 

Blant miljøforskere vil noen foretrekke å tenke i termer av hele jordsystemet og dets komponenter, undersystemer og prosesser, fremfor å bruke begrepet naturmiljø. På noen måter kan begrepet jordsystem være mer hensiktsmessig å bruke enn miljøet, ikke minst fordi det fremhever det faktum at den naturlige verden er en dynamisk, kompleks enhet med egne lover og prosesser. Dette i motsetning til å bare å være et passivt rom som er bebodd, utnyttet og gitt betydning av mennesker. Jordens overordnede økosystem kalles for biosfæren, der relasjonene mellom systemene og komponentene skjer.

Det er fem hovedsystemer i jordsystemet, eller sfærer: litosfæren, biosfæren, hydrosfæren, atmosfæren og kryosfæren. Litosfæren består av jordens indre og dens overflate, som begge består av bergarter. Den delen av jorden som kan opprettholde levende organismer omfatter biosfæren. I det tredje systemet er hydrosfæren, som er de områdene på jorden som er dekket med store mengder vann. Atmosfæren er det fjerde systemet, som er en omhylling av gass som holder planeten varm og inneholder oksygen som er nødvenidg for åndedrett og karbondioksid som trengs for fotosyntesen. Kryosfære er de områdene som inneholder is, en finner disse ved polene og andre steder. Alle disse fem enorme og komplekse systemene samvirker med hverandre og opprettholder livet på jorden, de vil også overlappe i rom og tid.

Geovitenskap er et altomfattende begrep for vitenskapen om planeten jorden. Det er fire store disipliner i geovitenskapen, nemlig geografi, geologi, geofysikk og geodesi.

Geologisk aktivitet 

Jordskorpen eller litosfæren, er den ytterste, faste overflaten av planeten og er kjemisk og mekanisk forskjellig fra den underliggende mantelen. Det har blitt skapt vesentlige mengder av magmatiske bergarter hvor magma kjøles ned og stivner, slik at faste bergarter dannes. Under litosfæren ligger mantelen som er oppvarmet på grunn av radioaktiv nedbryting. Mantelen er fast, men er samtidig i en tilstand med seigt flytende konveksjon (strømning på grunn av varme). Denne konveksjonsprosessen får de litosfæriske platene til å bevege seg, dog meget sakte. Den resulterende prosessen er kjent som platetektonikk, altså at jordskorpen består av plater i sakte bevegelse. På grunn av smelting av materialer i subduksjonssonene (grenseområde der to jordskorpeplater møtes) oppstår vulkaner. Vulkaner kan også oppstå på grunn av at stigende mantel ved midthavsrygger og søylestrømmer.

Selv om bergartene i litosfæren anses som elastiske, er de ikke viskøse, altså flytende. Det er to typer av litosfære: den oseaniske litosfæren i havbunnen og den kontinentale litosfæren på jordoverflaten. Oseanisk litosfære har litt større tetthet enn den kontinentale litosfære. Litosfæren har vekselvirkninger med de andre fire sfærene, som blant annet påvirker saltholdighet i havet, biologisk mangfold og formasjon av landskap. For eksempel er pedosfæren en del av litosfæren bestående av jord. Pedosfæren er skapt av samspillet mellom litosfæren, atmosfæren, kryosfæren, hydrosfæren og biosfæren. De harde bergarter i litosfæren males ned til små kornstørrelser av de kraftige bevegelsene til isbreer (kyrosfæren). Forvitring og erosjon forårsaket av vind (atmosfære) eller regn (hydrosfære) kan også slite ned bergarter i litosfæren. De organiske komponentene i biosfæren, for eksempel plante- og dyrerester, blandes så med disse eroderte bergartene slik at det skapes fruktbar jord.

Litosfærens vekselvirkninger med atmosfæren, hydrosfæren og kryosfæren påvirker også temperaturforskjellene på jorden. Høye fjell har for eksempel ofte betydelig lavere temperaturer enn daler og åser. Oppover langs en fjellkjede blir lufttrykket stadig lavere og nedbøren med snø skaper en kjølig eller snørik klimasone. Klimasonen en region tilhører, påvirker på sin side hvilke tilpasninger som er nødvendige for organismer i denne regionens biosfære.

Hydrosfæren 

Hydrosfære er et diskontinuerlig lag med vann på eller nær jordoverflaten, og består av flytende og frosset overflatevann, grunnvann i jord og berggrunn, samt atmosfærisk vanndamp. Vann er det stoffet som finnes mest på jordens overflate. Omtrent 1,4 milliarder km2 vann finnes i flytende og frossen form, som utgjør hav, innsjøer, elver, isbreer og grunnvann. Dette utgjør rundt  av jordens totale masse. Den største delen av hydrosfæren utgjøres av saltvann, med en andel på rundt . Resten er for det meste ferskvann i fast form, som permanent is og snø i Antarktis, Arktis og høyereliggende fjellområder.

Hydrosfæren består av rekke grupper av reservoarer av vann, der prosessene ned overføring av vann fra et reservoar til et annet (eller transformasjon fra en tilstand til en annen) kalles vannets kretsløp. Disse kretsløpene involverer hele hydrosfæren, og strekker seg omtrent  oppover i jordens atmosfære og nedover til omtrent  under jordskorpen.

Fuktigheten i jordsmonnet utgjør bare  av vannet på jordens overflate, men denne lille mengden vann står for det mest av den direkte fordampningen fra jordoverflaten. Selve biosfæren, altså alt levende liv, består for det meste av vannmolekyler, men inneholder en svært lite av det totale vannet på landjorden, bare rundt . Allikevel spiller biosfæren en viktig rolle for transport av vanndamp tilbake til atmosfæren ved transpirasjonsprosessen. Jordens vann inneholder en rekke oppløste og partikkelformede materialer. Vannmassene på jordens overflate er således store beholdere for uorganiske og organiske stoffer. Forskjellige former for vannbevegelse spiller derfor en stor rolle for å transportere disse stoffene rundt om på planetens overflate.

Hav 

Verdenshavet er en stor vannmasse med saltvann, og en del av hydrosfæren. Omtrent  av jordens totale overflate er dekket av hav som utgjør en sammenhengende vannmasse. Det er uansett vanlig å dele havet inn i flere hav og mindre sjøer. Havet har en gjennomsnittlig dybde på  meter. Nesten alt sjøvann har en saltholdighet i området 30 til 38 g per kg.

De fysiske og kjemiske egenskapene til sjøvann varierer avhengig av breddegrad, dybde, nærhet til land og tilførsel av ferskvann. Omtrent  av sjøvannet består av oppløste forbindelser, mens den resterende delen er rent vann. Den kjemiske sammensetningen av sjøvann skyldes prosesser som erosjon av stein og sedimenter, vulkansk aktivitet, gassutveksling med atmosfæren, metabolske prosesser og nedbrytningsstoffer fra organismer, samt regn. I tillegg til karbon er de næringsstoffene som er essensielle for levende organismer nitrogen og fosfor, som finnes i begrenset mengde i sjøvann og derfor ofte er bestemmende faktorer for de organiske kretsløpene i havet. Konsentrasjonene av fosfor og nitrogen er generelt lave i sonen der sollyset (fotiske sonen) trenger ned, fordi disse stoffene raskt tas opp av levende organismer. Andre viktige stoffer i sjøvann er silisium og kalsium.

Atmosfærens kjemiske sammensetning påvirker også havet. For eksempel absorberes karbondioksid av havet og oksygen frigjøres til atmosfæren på grunn av prosessene i marine planter. Marin biota (levende organismer) kan klassifiseres bredt i de organismene som lever i enten det pelagiske miljøet (plankton og fisk) eller det bentiske miljøet (bunndyr og bunnplanter). Noen organismer er imidlertid bunndyr i ett stadium av livet og pelagiske i et annet. Produsenter som syntetiserer organiske molekyler, finnes i begge miljøer. Encellet eller flercellet plankton med fotosyntetiske pigmenter er produsentene i den fotiske sonen i de pelagiske miljøene. Typiske bunndyr i kategorien produsenter, er mikroalger (kiselalger), makroalger (kjempetare) eller sjøgress (ålegras).

Elver 

En elv er en naturlig vassdrag, vanligvis er det snakk om ferskvann som strømmer mot et hav, en innsjø eller en annen elv. Noen få elver strømmer bare ut over bakken og tørker helt opp, uten noen gang å nå frem til en annen vannmasse. Vannet i en elv kan sees på som en kanal, bestående av et elveleie mellom elvebreddene på hver side. 

I større elver er det ofte også en bredere elveslette som er formet av vann som har kommet over selve hovedkanalen. Elvesletter kan ha spesielt rike økosystemer, både i mengde og mangfold. De kan inneholde 100 eller endog 1000 ganger så mange arter som en elv. Væring av elvesletten frigjør næringsstoffer fra sist gang det var flom, og er et resultat av raske nedbrytning av organisk materiale som har samlet seg etterpå. Mikroorganismer trives og større arter gjør nytte av disse. Flomslettene kan være svært brede i forhold til størrelsen på elvekanalen. Elver er en del av den hydrologiske syklusen. Vann i en elv er vanligvis oppsamlet av nedbør gjennom overflateavrenning, eller den kan være dannet av oppstrømmende grunnvann, kilder og smeltevann fra breer og snø.

Mindre elver kalles for åer, og enda mindre vannstrømmer kalles bekker. Elver, åer og bekker spiller en viktig rolle som korridorer og kobler sammen fragmenterte habitater og spiller dermed en viktig rolle for å bevare biologisk mangfold. Årsaken er at elvedaler forbinder dyrepopulasjoner i fragmenterte landskap, for eksempel mellom byområder og omkringliggende landlige omgivelser.

Innsjøer 

En innsjø er en landform der en vannmasse er lokalisert i bunnen av et basseng. En vannmasse regnes som en innsjø når den ligger i  innlandet, ikke er en del av et hav og er større og dypere enn en dam.

Naturlige innsjøer finnes vanligvis i fjellområder, riftsoner og i områder med isbreer. Andre typer innsjøer finnes i endorheiske bekkener eller langs elver. I enkelte deler av verden, er det mange innsjøer på grunn av omfattende dreneringsystemer som stammer fra siste istid. Alle innsjøer er midlertidige betraktet på en geologisk tidsskala, ettersom de sakte vil bli fylt igjen med sedimenter fra landformen rundt.

En stor og mangfoldig mengde planter, dyr og mikrober lever i innlandsvann, der nesten alle hovedgrupper av levende organismer er representert i et eller annet akvatisk økosystem. Likevel er det ingen større grupper som har utviklet seg i ferskvann, alle har utviklet seg enten i havet eller på land, hvorfra tilpassing har ført til et liv i ferskvann. Flere store grupper av vannlevende dyr og planter, er markant mindre mangfoldige i innlandsvann enn de er i havet.

Det var nødvendig for de invaderende organismene å utvikle mange tilpasninger til de spesielle fysisk-kjemiske egenskapene i innlandsvann. For de som forlot et marint miljø, var den primære tilpasning overlevelse i miljø med betydelig mindre saltinnhold. For organismer fra landjorden som senere fikk et liv i vann, var de mest nødvendige tilpasningene et liv i et medium med betydelig større tetthet og viskositet, samt mindre oksygen. Mange andre tilpasninger var nødvendig på grunn av utfordringene som et gitt vannmiljø utgjorde. I rennende vann, for eksempel, var det nødvendig med endringer for å unngå og bli skyllet vekk og i vann som periodevis blir tørrlagte, er overlevelse i den tørre fasen en utfordring.

Atmosfære, klima og vær 

Jordens atmosfære består av omtrent  nitrogen,  oksygen og  argon. Resten, mindre enn , inneholder sporgasser som vanndamp, karbondioksid og ozon. Alle disse sporgassene har stor innvirkning på jordens klima. Tørr luft består (ved havnivå) av nitrogen, oksygen, argon, karbondioksid, neon, helium, krypton, hydrogen og xenon. Mengden vanndamp som oppstår er sterkt avhengig av trykk og temperatur. Nitrogen og oksygen utgjør omtrent 99 % av jordens atmosfære. Karbondioksid, som planter er avhengige av, utgjør mindre enn .

Planter og dyr produserer de gassene som den andre gruppen trenger for å leve, en utveksling som skjer via atmosfæren. Planter trenger karbondioksid, mens dyr puster ut karbondioksid som et avfallsprodukt. Mennesker og andre dyr trenger oksygen, noe som planter produserer ved hjelp av fotosyntese, der solens energi omgjøres til næringsstoffer. Den vanligste gassen i atmosfæren, nitrogen, er stort sett inert, noe som betyr at den ikke så lett reagerer med andre stoffer. Den nest vanligste gassen, oksygen, er nødvendig for respirasjonen (ånding) til alt dyreliv på jorden. I motsetning til nitrogen er oksygen ekstremt reaktivt, blant annet inngår det i kjemiske prosesser som oksidasjon. I underkant av  av atmosfæren består av argon, som er en inert edelgass, noe som betyr at den ikke deltar i noen kjemiske reaksjoner under normale omstendigheter. Til sammen utgjør disse tre gassene 99,96 % av atmosfæren. De resterende 0,04 % inneholder en lang rekke sporgasser, hvorav flere er avgjørende for livet på jorden.

Vann kommer inn i atmosfæren gjennom vannets kretsløp. Vannets kretsløp bringer også gasser fra luften inn i hav, innsjøer og elver. Vanndamp finnes i atmosfæren i små og svært varierende konsentrasjon, og kan være synlig i form av skyer. Mens vann er nesten fraværende i det meste av atmosfæren, kan konsentrasjonen komme opp i  i svært varme, fuktige områder nær jordoverflaten. Til tross for at vann relativt sett finnes i små mengder i atmosfæren, har vann i atmosfæren meget stor innvirkning på jordens miljø. Vanndamp er ett av stadie i vannets kretsløp. Vannets kretsløp skaper erosjon og forvitring av fjellgrunnen, avgjør jordens vær og skaper klimaforhold som gjør landområder tørre eller våte, beboelige eller ugjestmilde. Når vanndampen avkjøles tilstrekkelig, danner den skyer ved å kondensere til flytende vanndråper, eller, ved lavere temperaturer, faste iskrystaller. I tillegg til å skape regn eller snø, påvirker skyer jordens klima ved å reflektere noe av energien som kommer fra solen, noe som gjør planeten noe kjøligere. Vanndamp er også en viktig klimagass. Den er konsentrert nær overflaten og er mye mer utbredt nær tropene enn i polarområdene.

I tillegg til gasser har atmosfæren et bredt utvalg av suspenderte partikler kjent som aerosoler. Disse partiklene kan være flytende eller faste, og er små nok til at de kan ta svært lang tid for dem å felles ut av atmosfæren på grunn av tyngdekraften. Eksempler på aerosoler er jord- eller ørkensandpartikler, røykpartikler fra skogbranner, saltpartikler fra fordampet havvann, plantepollen, vulkansk støv og partikler dannet fra forurensning. Aerosoler påvirker i betydelig grad atmosfærisk varmebalanse, dannelse av skyer og optiske egenskaper.

Lagdeling av atmosfæren 
Atmosfæren kan deles inn i vertikale lag som bestemmes av måten temperaturen endres på, avhengig av høyden. Laget nærmest jordens overflate er troposfæren, som inneholder over  av den atmosfæriske massen og nesten all vanndamp. Det neste laget, stratosfæren, inneholder det meste av atmosfærens ozon, som absorberer energirik stråling fra solen og gjør liv på jorden mulig. Over stratosfæren er mesosfæren og termosfæren. Disse to lagene inneholder ladede atomer og molekyler (ioner). Laget over  blir referert til som eksosfæren.

Innenfor de fem hovedlagene, som har karakteristika bestemt av temperatur, er det noen flere lag bestemt av andre forhold:
 Magnetosfæren er et lag høyere enn omtrent , den virker som et beskyttende skjold som hindrer direkte inntrengning av plasma fra verdensrommet.
 Ionosfæren er en del av termosfæren der ladede partikler (ioner) fins i stort antall. Ionosfæren strekker seg fra omtrent 80 til , og overlapper vanligvis både eksosfæren og termosfæren.
 Ozonlaget, eller ozonosfæren, ligger i den øvre atmosfæren, mellom omtrent 15– over jordens overflate. Den inneholder høy konsentrasjon av ozonmolekyler (O3). Ozonlaget blokkerer nesten all solstråling med bølgelengder mindre enn , slik at disse ikke når jordens overflate. Slike stråler består ultrafiolettlys (UV-stråling) og andre former for stråling, som kan skade eller drepe de fleste levende organismer.
 De lavere nivåene av troposfæren påvirkes normalt sterkt av jordoverflaten, og er kjent som det planetariske grenselaget. Dette området av atmosfæren er påvirker av temperatur, fuktighet og vindhastighet gjennom turbulente bevegelser over jordoverflaten. På grunn av friksjon mot jordoverflaten blir vinden ofte svakere enn over, den har også en tendens til å blåse mot områder med lavtrykk. I de lavere deler av troposfæren er det en stor mengde levende organismer – inkludert alle flyvende insekter og fugler.

Klima 

Klima bygger på innsamling av måledata og statistikk for temperatur, fuktighet, atmosfærisk trykk, vind, nedbør, atmosfærisk sammensetning og andre meteorologiske data innenfor en gitt region over lange perioder, typisk 30 år (klimanormaler). Været, på den annen side, er nåtilstanden for de samme elementene. Været kan endres over minutter, timer, dager og uker.

Klimanormaler kan fortelle om somrene er varme og fuktige, eller om vintrene er kalde og snørike på et bestemt sted. En kan få informasjon om når det forventes at den varmeste dagen i året inntreffer, eller den kaldeste dagen på stedet. Det meste av været skjer i troposfæren, altså den delen av jordens atmosfære som er nærmest jordoverflaten. Det er mange forskjellige faktorer som kan endre atmosfæren i et bestemt område som lufttrykk, temperatur, fuktighet, vindhastighet og retning, samt flere andre ting. Sammen bestemmer de hvordan været er på et gitt tidspunkt og sted. Klimadata kan lages slik at de gjelder for hele planeten, en snakker da om det globale klimaet – som videre kan modelleres ved hjelp av en global klimamodell. Globalt klima inkluderer alle regionale forskjeller i gjennomsnitt. Totalt sett avhenger det globale klimaet av mengden energi som mottas fra solen og mengden energi som blir fanget inn av systemet. 

Varme regioner finnes normalt ved ekvator. Klimaet er varmere der, fordi solstrålingen for det meste stråler rett inn på jordoverflaten. Derimot er Nord- og Sydpolen kalde, fordi solstrålingen kommer inn på skrå. Havets bevegelse i form av havstrømmer og jordaksens helning og rotasjon påvirker imidlertid også hvordan værmønstre beveger seg rundt kloden.

Den russisk-tyske klimaforskeren Wladimir Köppen (1846–1940) delte verdens klima inn i kategorier på slutten av 1800-tallet. Kategoriene var basert på temperatur, nedbørsmengde og tidene på året når nedbøren oppstår. Jorden deles inn i fem hovedtyper av klima:
A: Tropisk. I denne varme og fuktige sonen er gjennomsnittstemperaturene høyere enn  året rundt, og det er mer enn  nedbør per år.
B: Tørr. Klimasoner som er tørre fordi fuktighet raskt fordamper og det er svært lite nedbør.
C: Temperert. I denne sonen er det typisk varme og fuktige somre med tordenvær og milde vintre.
D: Kontinentalt. Disse regionene har varme til kjølige somre og veldig kalde vintre. Om vinteren kan denne sonen få snø, sterk vind og lave temperaturer, noen ganger under .
E: Polar. I de polare klimasonene er det ekstremt kaldt. Selv om sommeren blir temperaturene aldri høyere enn .

Forbindelsen mellom klima og liv oppstår som en vekselvirkning ved overføring av masse og energi mellom atmosfæren og biosfæren. Før livet på jorden oppstod, var det kun geokjemiske og geofysiske prosesser som bestemte atmosfærens sammensetning, struktur og dynamikk. Etter at livet utviklet seg på jorden, har biokjemiske og biofysiske prosesser påvirket atmosfæren. De levende organismene i biosfæren bruker gasser fra atmosfæren i sine livsprosesser og gir tilbake andre gasser. Atmosfærens sammensetning er resultatet av denne gassutvekslingen. Forskerne holder som sannsynlig at før livet på jorden utviklet seg, bestod atmosfæren av  karbondioksid. Vanndamp var den nest mest dominerende gassen. Denne tidlige atmosfæren oppstod på grunn av geokjemiske og geofysiske prosesser i jordens indre og ble sluppet ut ved vulkansk aktivitet. I den nyere atmosfæren er   karbondioksid. Mye av karbondioksidet i jordens første atmosfære har blitt fjernet ved fotosyntese, kjemosyntese og forvitring. For tiden befinner det meste av karbondioksidet seg i jordens kalksteinsedimentære bergarter, i korallrev, i fossilt brensel (kull, olje og gass) og i de levende organismene i biosfære. Under denne omdanningen utviklet atmosfæren og biosfæren seg sammen gjennom kontinuerlig utveksling av masse og energi.

Biogene gasser er gasser som er kritiske for, og samtidig produsert av levende organismer. I den moderne atmosfæren er disse gassene oksygen, nitrogen, vanndamp, karbondioksid, karbonmonoksid, metan, ozon, nitrogendioksid, salpetersyre, ammoniakk og ammoniumioner, lystgass, svoveldioksid, hydrogensulfid, karbonylsulfid, dimetylsulfid, samt en mengde forskjellige hydrokarboner. Av disse gassene er det bare nitrogen og oksygen, som ikke er klimagasser. I tillegg til disse biogene gassene, finnes en lang rekke menneskeskapte gasser.

Vær 

Vær er tilstanden i atmosfæren på et bestemt sted i løpet av kort tid og har å gjøre med temperatur, fuktighet, nedbør (type og mengde), lufttrykk, vind og skydekke. Med vær menes fenomener som forekommer i troposfæren, altså de laveste delene av atmosfæren fra jordens overflate til 6– opp ved polene og opp til rundt  ved ekvator. Været er generelt begrenset til troposfæren, fordi det er her nesten alle skyer forekommer og nedbør utvikler seg. Dog er det fenomener i høyere deler av troposfæren og oppover, for eksempel jetstrømmer og luftbølger, som påvirker atmosfærisk trykkmønstre ved havnivå, kjent som høy- og lavtrykk. Geografiske særegenheter som fjell og vannmasser (innsjøer og hav) påvirker også været.

Vær oppstår på grunn av oppvarming fra solen, slik at tettheten av atmosfærens luftmasser endres og det oppstår bevegelse mellom luft med høy og lav temperatur. Varm luft stiger opp og kald luft kommer inn langs bakken for å erstatte den oppadstigende luften. Høyt trykk betyr at luftstrømmer beveger seg nedover mot jordoverflaten og brer seg utover. Høytrykk forhindrer skyer i å dannes. Der det oppstår lavtrykk vil luftmassene bevege seg mot dette stedet og opp i atmosfæren, luftmassene kjøles ned og det dannes skyer. Mengden av fuktighet bestemmer hvordan skyer dannes og om det oppstår tåke, regn, snø eller torden.

Generelt varierer værets omskiftelighet mye i forskjellige deler av verden. Det er mest variasjon ved midtre breddegrader der vestavindene gjør seg gjeldende, dette på grunn av omskiftelige høy- og lavtrykksentre som gir konstant skiftende værmønstre. I tropiske strøk varierer været imidlertid lite fra dag til dag og fra måned til måned.

Økosystemer 

Et økosystem er en enhet i naturen som består av biotiske og abiotiske faktorer i et område. Sentralt i konseptet om økosystemer er ideen om at levende organismer er deltagere i et svært sammenhengende sett av relasjoner med alle andre elementer som utgjør miljøet de eksisterer i. Den amerikanske biologen Eugene Odum (1913–2002), en av grunnleggerne av vitenskapen om økologi, definerte økosystemer slik: «[E]nhver enhet med organismer [samfunn] i et gitt område som samhandler med det fysiske miljøet slik at en strøm av energi fører til klart definert trofiske strukturer, biotisk mangfold og materialsykluser [utveksling av materialer mellom levende og ikke-levende deler] i systemet, er et økosystem.»

Nederst i en næringskjede eller i et næringsvev i et økosystem finner en produsentene, det vil si planter eller alger som produserer organisk materiale gjennom fotosyntesen, drevet av solenergi. Produsenten er mat for planteetende dyr (herbivorer), som kalles primærkonsumenter. Primærkonsumentene blir igjen spist av rovdyr, kjent som sekundærkonsumenter. Sekundærkonsumentene kan igjen spises av tertiærkonsumenter (toppreddator). Organismer på samme nivå i næringskjeden, sies å være på samme trofiske nivå. Alle disse organismene dør, og da er det nedbryter (eller dekomponenter) i form av mikroorganismer og smådyr, som bryter dem ned til enkle uorganiske stoffer. De enkle uorganiske stoffene kan igjen tas opp som næring av produsentene.

Et fellestrekkene for alle økosystemer, om de er terrestriske, i ferskvann, i hav eller del av landbruket, er interaksjon mellom de autotrofe (produsenter) og heterotrofe (konsumenter) delene. Størsteparten av den autotrofe metabolismen skjer i det øvre «grønne beltet», der solenergi tas opp. Den heterotrofe metabolismen skjer i det nedre «brune beltet» hvor organisk materiale samles og brytes ned i jord og sedimenter.

Biomer 

Et biom, eller hovedøkosystem, defineres som et landområde med overveiende lik fysiognomi for plantene som vokser der. Med fysiognomi menes i denne sammenheng størrelse og form på planter, hvordan bladene er arrangert vertikalt og horisontalt og hvordan deres livssyklus påvirkes av det fysiske miljøet. Årsaken til at det er vegetasjonen, som er mest avgjørende for inndelingen av biomer, har å gjøre med deres dominerende rolle i de fleste økosystemer. En prøver også å ta hensyn til likheter når det gjelder strukturer for dyresamfunn og klimatiske forhold. Siden de fleste biomer strekker seg over svært store landområder og delvis over kontinentene, vil artene i samme biom være forskjellige. Det er mange glidende overganger mellom biomene og fordi det ikke er klare grenser, er det ikke enighet om hvorledes inndelingen skal gjøres. De viktigste biomene i verden er:

 Tundra, som er et biom i polarområdet (nord for breddegrad 60°). Området er preget av fravær av trær, men det finnes mindre planter og overflaten er fuktig med myr.
 Temperert barskog, forekomme i kalde regioner med mye nedbør, lange vintre og korte somre.
 Temperert løuvskog, er høyderegioner rundt 3000– over havet, som i Himalaya. Her finnes trær som eik, bøk, bjørk og lønn (Acer spp.
 Temperert gressmark, er gressletter hvor det er kommer 25– nedbør per år. Slik gressletter finnes som gressprærier i Nord-Amerika og stepper i Sør-Russland og Asia. Biomet finnes også i Sør-Amerika.
 Tropisk savanne, er tropiske gressletter med spredte tørkebestandige trær. Disse områdene finnes i østlige Afrika, Australia og Sør-Amerika.
 Ørken, finnes i svært tørre regioner hvor temperaturen kan variere mellom både meget kaldt til svært varmt.
 Tropisk regnskog, forekommer nær ekvator og inneholder de mest mangfoldige økologiske samfunnene på jorden med høy temperatur og fuktighet. Den årlige nedbøren er over enn 200–. Kjennetegnes av tett vegetasjon bestående av høye trær, ofte dekket med slyngplanter og orkideer. Det vokser også mange urter og busker.

Biogeokjemiske sykluser 

De globale biogeokjemiske kretsløpene er kritiske for livet på jorden, særlig de som omfatter vann, oksygen, karbon, nitrogen og fosfor:

 Nitrogenets kretsløp er omformingen av nitrogen og nitrogenholdige forbindelser i naturen. Syklusen inneholder gassformige komponenter.
 Vannets kretsløp er en uavbrutt sirkulasjon av vann på, over og under jordens overflate. Vann forandrer tilstand mellom væske, damp og is på forskjellige steder i vannsyklusen. Selv om vannbalansen på jorden er nokså konstant over tid, kan individuelle vannmolekyler spaltes og gjenoppstå.
 Karbonets kretsløp er den biogeokjemiske syklusen der karbon utveksles mellom biosfæren, pedosfæren, geosfæren, hydrosfæren og atmosfæren.
 Oksygenets kretsløp er bevegelsen av oksygen i og mellom de tre hovedreservoarene: atmosfæren, biosfæren og litosfæren. Den viktigste drivfaktoren til oksygenets kretsløp er fotosyntesen, som er ansvarlig for jordens atmosfæriske sammensetning og liv.
 Fosforets kretsløp er sirkulasjon av fosfor gjennom litosfæren, hydrosfæren og biosfæren. Atmosfæren spiller ikke noen større rolle i fosforets sirkulasjon, fordi fosfor-og fosforforbindelser vanligvis er faste stoffer ved de typiske temperatur- og trykk på jorden.

Villmark 

Villmark er generelt definert som områder fri for moderne infrastruktur, utvikling og industriell utvinning, samt at slike områder kan tilby svært begrenset eller ingen motorisert ferdsel. Området skal i høy grad være intakt og inneholde en stor del av det opprinnelige økosystemet, komplette eller nesten komplette fauna- og florasammensetninger, intakte bestander av rovdyr og byttedyr og inkludere store pattedyr. Området skal videre være av tilstrekkelig størrelse til å beskytte biologisk mangfold, opprettholde økologiske prosesser og økosystemtjenester. Tilby muligheter for ensomhet, med enkle, stille og ikke-påtrengende reisemåter.

Villmarksområder og beskyttede områder anses viktig for visse arters overlevelse, for økologiske studier, bevaring og rekreasjon. Villmark verdsettes for kulturelle, åndelig, moralske og estetiske årsaker. Noen naturforfattere mener villmarksområder er avgjørende for den menneskelige ånd og kreativitet.

Ifølge en artikkel fra Nature fra 2018 var 23 % av jordens overflate (inkludert Antarktis) av en slik beskaffenhet at den kunne kalles for villmark. Dette omfatter få, men relativt store, konsentrerte regioner – blant annet områder i Amazonas, Sahara og Gobiørkenen, samt forholdsvis store områder i nord. Mer enn 70 prosent av disse områdene befinner seg i noen få land – Russland, Australia, Canada, USA og Brasil. I en lignende studie ble det estimert at 87 % av havområdene hadde blitt påvirket av menneskelig aktivitet – med gjenstående 13 % uberørt, det meste av dette rundt polene.

Utfordringer for mennesker og naturmiljø 

En kan ikke finne helt naturlige miljøer på jorden, og naturlighet varierer vanligvis innenfor et kontinuum, der overgangen fra et element til det neste knapt er merkbar, fra 100 % naturlig som et ekstremtilfelle, til 0 % naturlig som et annet. De massive miljøendringene som menneskeheten har stått bak i antropocen har påvirket alle naturlige miljøer fundamentalt. Dette har blant annet ført til klimaendringer, tap av biologisk mangfold og forurensning fra plast og kjemikalier i luft og vann. En kan vurdere de ulike aspektene eller komponentene i et gitt miljø, og se at deres grad av naturlighet ikke er ensartet.

Miljøvern er en bred politisk, sosial og filosofisk bevegelse som tar sikte på ulike handlinger og politikk for å beskytte det naturlige miljøet, eller gjenopprette eller utvide naturens rolle i miljøet. Mens ekte villmark er stadig sjeldnere, kan en treffe på natur (som skog, utmark grassletter, dyreliv, markblomster) mange steder som tidligere har vært bebodd av mennesker. Fordi mennesekets påvirkning av naturmiljøet er så omfattende snakker en om antropocen, som skal forstås som den geologiske epoken for tilstanden som jorden nå kan sies å være i.

Noen av de viktigste miljøutfordringene anses å være:
 Forurensning av luft, jord og vann.
 Global oppvarming.
 Havforsuring.
 Arealbruksendringer, for eksempel avskoging av regnskog.
 Overbefolkning.
 Tap av biodiversitet.
 Uttømming av naturressurser.
 Lys- og lydforurensning

Verdens befolkning er avhengig av en sunn og motstandsdyktig biosfære får å kunne leve under akseptable forhold. Den svenske miljøforskeren Carl Folke (1955–) og hans kolleger sier det slik i boken Our Future in the Anthropocene Biosphere 2020: – Sosiale forhold, helse, kultur, demokrati, lov og orden, rettferdighet og til og med overlevelse, er integrert med jordens systemer og biosfæren. Dette skjer i et komplisert samspill med lokale, regionale og globale sammenhenger og avhengigheter. Fordi mennesket er en del av biosfæren er ikke naturmiljøet noe som er utenfor økonomien eller samfunnet, men selve fundamentet for eksistensen av sivilisasjon.

Miljøetikk og miljøhistorie 
Miljøetikk er en gren av anvendt filosofi som studerer det konseptuelle grunnlaget for miljøverdier, så vel som mer konkrete spørsmål rundt holdninger i samfunnet, handlinger og retningslinjer for å beskytte og opprettholde biologisk mangfold og økosystemer. Det er flere forskjellige innfallsvinkler til miljøetikk, og spekteret strekker seg fra et menneskesentrerte (antroposentriske) syn, til natursentrerte (ikke-antroposentrisk) perspektiver. I et natursentrerte perspektiv argumenteres det for å vektlegge naturens iboende verdier, snarere enn å fokusere på nytteverdien for mennesker. Denne holdningen, der en respekterer arter og økosystemer for deres egen skyld, er en konsekvens av et økologisk verdensbilde. Den har sin rot i en forståelse av strukturer og funksjoner til økologiske og evolusjonære systemer og prosesser. Ofte beskrives dette som en normativ vitenskap, der det pekes på forpliktelse til beskyttelse av arter og økosystemer, enten på grunn av deres egenverdi eller på grunn av menneskers velbefinnende på lang sikt.

Forholdet mellom miljøetikk og miljøvitenskap er komplekst og omstridt. For eksempel har det vært diskutert om økologer og bevaringsbiologer bør være engasjert i, og arbeide med miljøvern, altså innta en rolle som går utover den tradisjonelle oppfatningen av vitenskapsfolk som objektive aktører. Ulikt syn på dette har mye å gjøre med ulike etiske overbevisninger og verdier angående ansvar overfor arter og økosystemer. Det har også å gjøre med vitenskapelige uenigheter om tolkningen av data eller forventningene til resultatene av samfunnets handlinger og politikk.

Miljøhistorie er et akademisk felt som undersøker menneskets forhold i den naturlige verden og hvordan dette endres over tid. Naturen påvirker menneskelige samfunn og økonomier, men menneskelige handlinger påvirker i økende grad også de naturlige prosessene. En kan derfor si at miljøhistorie ser på samspillet mellom kultur og natur. Miljøhistorie skal forsøke å gi nøyaktig oversikt over menneskets plass i naturen, og aspekter innenfor kultur, sosiale forhold, økologi, økonomi, teknologi, politikk og vitenskap, studeres. Miljøproblemene kan verken forstås eller løses uten en forståelse av de historiske prosessene bak utviklingen av dagens samfunn.

Se også 
 Bærekraft
 Naturlandskap
 Naturhistorie
 Økosystemtjenester

Referanser

Litteratur

Eksterne lenker 
 
  FNs miljøprogram (UNEP)
  Science and Nature hos BBC
  Miljøside hos National Geographic
  Miljøstatus fra Miljødirektoratet

Jorden
Habitat
Natur
Miljø