Wat is het belangrijkste deel van onze planeet, de belangrijkste reden waarom de Aarde anders is dan alle andere planeten in het zonnestelsel? Als deze vraag aan 10 verschillende milieuwetenschappers zou worden gesteld, zouden ze waarschijnlijk 10 verschillende antwoorden geven. Elke wetenschapper zou kunnen beginnen met zijn favoriete onderwerp, van platentektoniek tot regenwouden en verder. Maar uiteindelijk zou hun gezamenlijke beschrijving waarschijnlijk alle belangrijke kenmerken en systemen van onze thuisplaneet bestrijken. Het blijkt dat geen enkel kenmerk belangrijker is dan de andere – elk kenmerk speelt een vitale rol in het functioneren en de duurzaamheid van het systeem van de aarde.
Er zijn vijf hoofdsystemen, of sferen, op aarde. Het eerste systeem, de geosfeer, bestaat uit het inwendige en het oppervlak van de aarde, die beide uit gesteente bestaan. Het beperkte deel van de planeet waar levende wezens kunnen leven, vormt het tweede systeem; deze gebieden worden de biosfeer genoemd. In het derde systeem bevinden zich de gebieden van de aarde die bedekt zijn met enorme hoeveelheden water, de hydrosfeer genoemd. De atmosfeer is het vierde systeem, en is een omhulsel van gas dat de planeet warm houdt en zuurstof levert om te ademen en kooldioxide voor de fotosynthese. Tenslotte is er het vijfde systeem, dat enorme hoeveelheden ijs bevat aan de polen en elders, en dat de cryosfeer vormt. Al deze vijf enorme en complexe systemen werken met elkaar samen om de aarde in stand te houden zoals wij die kennen.
Een van de meest in het oog springende kenmerken van de aarde vanuit de ruimte is haar overvloed aan water. Hoewel er overal ter wereld vloeibaar water is, is het overgrote deel van het water op aarde, maar liefst 96,5 procent, zout (zout) en is geen water dat mensen, en de meeste andere dieren, kunnen drinken zonder het te bewerken. Al het vloeibare water op aarde, zowel zoet als zout, vormt de hydrosfeer, maar het maakt ook deel uit van andere sferen. Zo wordt waterdamp in de atmosfeer ook beschouwd als een deel van de hydrosfeer. IJs, dat bevroren water is, maakt deel uit van de hydrosfeer, maar krijgt een eigen naam, de cryosfeer. Rivieren en meren lijken meer voor te komen dan gletsjers en ijsbergen, maar ongeveer driekwart van al het zoete water op aarde zit opgesloten in de cryosfeer.
Niet alleen overlappen de systemen op aarde elkaar, ze zijn ook onderling verbonden; wat het ene beïnvloedt, kan ook het andere beïnvloeden. Wanneer een luchtlaag in de atmosfeer verzadigd raakt met water, kan er neerslag, zoals regen of sneeuw, op het aardoppervlak vallen. Die neerslag verbindt de hydrosfeer met de geosfeer door erosie en verwering te bevorderen, oppervlakteprocessen die grote rotsen langzaam afbreken tot kleinere rotsen. Na verloop van tijd veranderen erosie en verwering grote stukken gesteente – of zelfs bergen – in sedimenten, zoals zand of modder. De cryosfeer kan ook betrokken zijn bij erosie, wanneer grote gletsjers stukjes gesteente van het gesteente eronder wegschuren. De geosfeer omvat alle gesteenten waaruit de aarde is opgebouwd, van het gedeeltelijk gesmolten gesteente onder de korst, tot oude, torenhoge bergen, tot zandkorrels op een strand.
De geosfeer en de hydrosfeer vormen samen de habitat voor de biosfeer, een wereldwijd ecosysteem dat alle levende wezens op aarde omvat. De biosfeer verwijst naar het relatief kleine deel van het milieu op aarde waarin levende wezens kunnen overleven. Hij bevat een breed scala van organismen, waaronder schimmels, planten en dieren, die samenleven als een gemeenschap. Biologen en ecologen noemen deze verscheidenheid aan leven biodiversiteit. Alle levende wezens in een omgeving worden de biotische factoren genoemd. De biosfeer omvat ook abiotische factoren, de niet-levende dingen die organismen nodig hebben om te overleven, zoals water, lucht en licht.
De atmosfeer – een mengsel van gassen, voornamelijk stikstof en zuurstof, samen met minder overvloedige gassen zoals waterdamp, ozon, kooldioxide en argon – is ook essentieel voor het leven in de biosfeer. Atmosferische gassen werken samen om de temperatuur op aarde binnen leefbare grenzen te houden, het aardoppervlak te beschermen tegen schadelijke ultraviolette straling van de zon, en levende wezens in staat te stellen te gedijen.
Het is duidelijk dat alle systemen op aarde nauw met elkaar verweven zijn, maar soms kan deze samenhang leiden tot schadelijke, maar onbedoelde, gevolgen. Een specifiek voorbeeld van interactie tussen alle sferen is het gebruik van fossiele brandstoffen door de mens. Afzettingen van deze brandstoffen ontstonden miljoenen jaren geleden, toen planten en dieren – die allemaal deel uitmaakten van de biosfeer – stierven en vergingen. Op dat moment werden hun resten in de aarde samengeperst tot steenkool, olie en aardgas, waardoor zij deel gingen uitmaken van de geosfeer. Nu verbranden mensen – leden van de biosfeer – deze materialen als brandstof om de energie die zij bevatten vrij te maken. De bijproducten van de verbranding, zoals kooldioxide, komen in de atmosfeer terecht. Daar dragen zij bij tot de opwarming van de aarde, waardoor de cryosfeer, de hydrosfeer en de biosfeer veranderen en onder druk komen te staan.
De vele interacties tussen de systemen op aarde zijn complex en vinden voortdurend plaats, hoewel de effecten niet altijd duidelijk zijn. Er zijn enkele extreem dramatische voorbeelden van interactie tussen aardsystemen, zoals vulkaanuitbarstingen en tsunami’s, maar er zijn ook langzame, bijna niet waarneembare veranderingen die de oceaanchemie, de inhoud van onze atmosfeer, en de microbiële biodiversiteit in de bodem veranderen. Elk deel van deze planeet, van de binnenkern van de aarde tot de top van de atmosfeer, speelt een rol bij het feit dat de aarde een thuis is voor miljarden levensvormen.