Co jest najważniejszą częścią naszej planety, głównym powodem, dla którego Ziemia różni się od wszystkich innych planet w układzie słonecznym? Gdyby zadano to pytanie 10 różnym naukowcom zajmującym się ochroną środowiska, prawdopodobnie udzieliliby 10 różnych odpowiedzi. Każdy naukowiec mógłby zacząć od swojego ulubionego tematu, od tektoniki płyt po lasy deszczowe i nie tylko. Ostatecznie jednak ich wspólny opis dotyczyłby prawdopodobnie wszystkich najważniejszych cech i systemów naszej ojczystej planety. Okazuje się, że żadna pojedyncza cecha nie jest ważniejsza od innych – każda z nich odgrywa istotną rolę w funkcjonowaniu i zrównoważonym rozwoju systemu ziemskiego.
Na Ziemi istnieje pięć głównych systemów lub sfer. Pierwszy system, geosfera, składa się z wnętrza i powierzchni Ziemi, z których oba zbudowane są ze skał. Ograniczona część planety, która może utrzymać żywe organizmy, obejmuje drugi system; te regiony są określane mianem biosfery. W trzecim systemie znajdują się obszary Ziemi pokryte ogromną ilością wody, zwane hydrosferą. Atmosfera to czwarty system, jest to otoczka gazowa, która utrzymuje ciepło na planecie i dostarcza tlen do oddychania oraz dwutlenek węgla do fotosyntezy. I wreszcie piąty system, który zawiera ogromne ilości lodu na biegunach i w innych miejscach, stanowiąc kriosferę. Wszystkie te pięć ogromnych i złożonych systemów współdziałają ze sobą, aby utrzymać Ziemię taką, jaką znamy.
Jedną z najbardziej oczywistych cech Ziemi, obserwowanej z kosmosu, jest obfitość wody. Chociaż woda w stanie ciekłym jest obecna na całym globie, większość wody na Ziemi, aż 96,5 procent, jest słona i nie jest wodą, którą ludzie i większość innych zwierząt mogą pić bez przetwarzania. Cała ciekła woda na Ziemi, zarówno słodka, jak i słona, tworzy hydrosferę, ale jest również częścią innych sfer. Na przykład, para wodna w atmosferze jest również uważana za część hydrosfery. Lód, będący zamrożoną wodą, jest częścią hydrosfery, ale ma swoją własną nazwę – kriosfera. Rzeki i jeziora mogą wydawać się bardziej powszechne niż lodowce i góry lodowe, ale około trzech czwartych całej słodkiej wody na Ziemi jest zamknięte w kriosferze.
Systemy ziemskie nie tylko się pokrywają, ale są też wzajemnie powiązane; to, co wpływa na jeden, może wpływać na drugi. Kiedy paczka powietrza w atmosferze zostaje nasycona wodą, opady, takie jak deszcz lub śnieg, mogą spaść na powierzchnię Ziemi. Opady te łączą hydrosferę z geosferą poprzez wspieranie erozji i wietrzenia, procesów powierzchniowych, które powoli rozkładają duże skały na mniejsze. Z czasem erozja i wietrzenie zmieniają duże kawałki skał – a nawet góry – w osady, takie jak piasek czy błoto. Kriosfera może być również zaangażowana w erozję, ponieważ duże lodowce wyrywają kawałki skał ze znajdującej się pod nimi skały macierzystej. Geosfera obejmuje wszystkie skały, z których zbudowana jest Ziemia, od częściowo stopionych skał pod skorupą ziemską, przez starożytne, strzeliste góry, po ziarna piasku na plaży.
Zarówno geosfera, jak i hydrosfera stanowią środowisko dla biosfery, globalnego ekosystemu, który obejmuje wszystkie żywe istoty na Ziemi. Biosfera odnosi się do stosunkowo niewielkiej części środowiska Ziemi, w której mogą przetrwać żywe istoty. Zawiera ona szeroką gamę organizmów, w tym grzyby, rośliny i zwierzęta, które żyją razem jako społeczność. Biolodzy i ekolodzy określają tę różnorodność życia mianem bioróżnorodności. Wszystkie żywe istoty w danym środowisku nazywane są czynnikami biotycznymi. Biosfera obejmuje również czynniki abiotyczne, czyli rzeczy nieożywione, których organizmy potrzebują do przetrwania, takie jak woda, powietrze i światło. Atmosfera – mieszanina gazów, głównie azotu i tlenu, wraz z mniej obfitymi gazami, takimi jak para wodna, ozon, dwutlenek węgla i argon – jest również niezbędna do życia w biosferze. Gazy atmosferyczne współpracują ze sobą, aby utrzymać globalną temperaturę w dopuszczalnych granicach, osłaniają powierzchnię Ziemi przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym ze Słońca i pozwalają żywym istotom rozwijać się. Jasne jest, że wszystkie systemy Ziemi są ze sobą głęboko powiązane, ale czasami to połączenie może prowadzić do szkodliwych, choć niezamierzonych, konsekwencji. Jednym z konkretnych przykładów interakcji między wszystkimi sferami jest zużycie paliw kopalnych przez człowieka. Złoża tych paliw powstały miliony lat temu, kiedy rośliny i zwierzęta – wszystkie będące częścią biosfery – umarły i rozpadły się. Wówczas ich szczątki zostały sprasowane w Ziemi, tworząc węgiel, ropę naftową i gaz ziemny, stając się w ten sposób częścią geosfery. Teraz ludzie – członkowie biosfery – spalają te materiały jako paliwo, aby uwolnić zawartą w nich energię. Produkty uboczne spalania, takie jak dwutlenek węgla, trafiają do atmosfery. Tam przyczyniają się do globalnego ocieplenia, zmieniając i obciążając kriosferę, hydrosferę i biosferę.
Liczne interakcje między systemami Ziemi są złożone i zachodzą nieustannie, choć ich skutki nie zawsze są oczywiste. Istnieje kilka niezwykle dramatycznych przykładów interakcji systemów Ziemi, takich jak erupcje wulkanów i tsunami, ale są też powolne, prawie niewykrywalne zmiany, które zmieniają chemię oceanów, zawartość naszej atmosfery i bioróżnorodność mikrobiologiczną w glebie. Każda część tej planety, od wewnętrznego jądra Ziemi po górną warstwę atmosfery, ma swój udział w tworzeniu Ziemi jako domu dla miliardów form życia.