Внешний слой Земли состоит из нескольких частей: гидросферы (или водного слоя), литосферы (слоя почвы и горных пород) и атмосферы (или воздушного слоя). Биосфера (или сфера жизни) иногда определяется как «четвертая оболочка» и относится ко всем жизненным явлениям на планете или в той ее части, где существует жизнь. Он в значительной степени влияет на остальные три слоя, несмотря на то, что там действительно есть постоянные обитатели атмосферы. По отношению к размерам Земли биосфера покрывает только один из ее тонких слоев, простирающийся от 11 000 м ниже поверхности моря до 15 000 м над уровнем моря.
Жизнь впервые возникла в гидросфере, на более мелких глубинах, т. е. в фотической зоне (глубина, до которой доходит солнечный свет). Затем появились многоклеточные организмы, населявшие придонную зону (то есть дно моря). Жизнь на суше зародилась позже, после образования озонового слоя , защищавшего живое от УФ (ультрафиолетового) излучения.
Считается, что биоразнообразие увеличилось за счет разделения (или столкновения) континентов. Биосфера и биоразнообразие являются неотъемлемыми характеристиками Земли. Сфера содержит биоразнообразие. Это биоразнообразие проявляется одновременно на экологическом уровне (экосистема), на популяционном уровне (внутреннее биоразнообразие) и на видовом уровне (видовое биоразнообразие).
Биосфера состоит из большого количества химических элементов, таких как углерод , водород и кислород . Другие элементы, такие как фосфор , кальций и калий , также важны для жизни , хотя и встречаются в меньших количествах. В экосистеме и слоях биосферы происходит постоянное движение этих элементов, которые могут находиться как в минеральной, так и в органической форме.
Поскольку количество доступной геотермальной энергии довольно мало, все разнообразие функционирования экосистем основано на доступной солнечной энергии . Растения и фотосинтезирующие микроорганизмы преобразуют свет в химическую энергию в процессе фотосинтеза , который производит глюкозу (простой сахар) и выделяет кислород. Таким образом, глюкоза становится вторичным источником энергии, обеспечивающим функционирование экосистемы. Определенная часть этой глюкозы используется другими организмами в качестве источника энергии, тогда как остальная глюкоза может быть преобразована в другие молекулы, такие как, например, аминокислоты . Растения используют часть этого сахара, концентрируясь в виде нектара ., для привлечения опылителей, которые тем самым способствуют размножению растений.
Клеточное дыхание — это процесс, при котором организмы (например, млекопитающие ) расщепляют глюкозу на составные части, воду и углекислый газ , тем самым восстанавливая запасенную энергию, которую растения изначально получали от солнечного света. Соотношение фотосинтетической деятельности растений и других носителей фотосинтеза и дыхания других организмов определяет особое строение атмосферы Земли, особенно по количеству кислорода.
Атмосферные течения перемешивают атмосферу и таким образом уравновешивают соотношение элементов как в областях интенсивной биологической активности, так и в областях более слабой биологической активности.
Обмен водой между гидросферой, литосферой, атмосферой и биосферой происходит в закономерных циклах . Океаны, как большие резервуары воды, обеспечивают термическую и климатическую стабильность, подобно тому, как химические элементы переносятся благодаря большим океанским течениям .
