Un ambiente naturale comprende tutte le entità (viventi e non viventi) e attività che si verificano in modo naturale, o non artificiale, al suo interno. Quando il termine si applica alla Terra o ad alcuna delle sue parti, l'ambiente comprende l'interazione di tutte le specie viventi, il clima e le risorse naturali che influenzano il ciclo della vita. Il concetto di "ambiente naturale" può essere distinto secondo le sue componenti in: unità ecologiche complete che funzionano come sistemi naturali senza un massiccio intervento umano civile, compresi tutta la vegetazione, i microrganismi, il suolo, le rocce, l'atmosfera e i fenomeni naturali che si verificano entro i loro confini e la loro natura; risorse naturali universali e fenomeni fisici privi di confini ben definiti, come aria, acqua e clima, nonché energia, radiazioni, carica elettrica e magnetismo, non originati da azioni umane civili.

L'insieme correlato dell'ambiente e di tutta la comunità ecologica degli organismi che lo popolano (incluso l'organismo al quale l'ambiente si riferisce) definisce quello che viene detto un "ecosistema".

Il termine ambiente viene inoltre utilizzato in senso più ampio non solo in riferimento a un singolo organismo, bensì a tutti gli organismi che vivono sul pianeta Terra. In questo senso dunque non ci si riferisce più a una zona circoscritta bensì all'intero pianeta e alle sue particolari caratteristiche che permettono l'esistenza della vita.

Terminologia Nell'uso comune, "scienza ambientale" ed "ecologia" sono spesso usati in modo intercambiabile, ma tecnicamente, l'ecologia si riferisce solo allo studio degli organismi e delle loro interazioni tra loro e il loro ambiente. L'ecologia potrebbe essere considerata un sottoinsieme di scienze ambientali, che potrebbe anche riguardare questioni di natura puramente chimica o di salute pubblica (ad esempio), per cui è improbabile che gli ecologi studino. In pratica, vi è una considerevole sovrapposizione tra il lavoro degli ecologisti e di altri scienziati ambientali.

Il National Center for Education Statistics negli Stati Uniti definisce un programma accademico in scienze ambientali come segue:

"Un programma che si concentra sull'applicazione di principi biologici, chimici e fisici allo studio dell'ambiente fisico e alla soluzione di problemi ambientali, compresi argomenti come la riduzione o il controllo dell'inquinamento e del degrado ambientale; l'interazione tra la società umana e lambiente naturale; e gestione delle risorse naturali. Include istruzioni in biologia, chimica, fisica, geoscienze, climatologia, statistica e modelli matematici."

Composizione interna

Le scienze della Terra generalmente riconoscono 5 sfere, la litosfera, la stratosfera, l'idrosfera, l'atmosfera e la biosfera come corrispondenti rispettivamente a rocce, acqua, aria e vita. Alcuni scienziati includono come parte delle sfere della Terra, la criosfera (corrispondente al ghiaccio) come una porzione distinta dell'idrosfera, così come la pedosfera (corrispondente al suolo) come una sfera attiva e mescolata. Le scienze della Terra (conosciute anche come geoscienze, scienze geografiche o scienze della Terra), sono un termine onnicomprensivo per le scienze legate al pianeta Terra. Esistono quattro discipline principali nelle scienze della Terra, vale a dire geografia, geologia, geofisica e geodesia. Queste importanti discipline usano la fisica, la chimica, la biologia, la cronologia e la matematica per costruire una comprensione qualitativa e quantitativa delle principali aree o sfere della Terra.

Componenti di un ambiente

Le componenti che caratterizzano un ambiente rispetto a uno specifico organismo sono: lo spazio in cui l'organismo vive; l'insieme delle risorse presenti all'interno di tale spazio e indispensabili a garantire la vita all'organismo, tra cui il suolo, l'atmosfera, l'acqua, la flora, la fauna; le interrelazioni che sussistono tra l'organismo e gli altri esseri viventi presenti in tale spazio; le condizioni fisiche (temperatura, pressione, irraggiamento solare, ecc.), chimiche (pH, concentrazione salina, composizione dell'aria, ecc.) e biologiche (catena alimentare, interazioni biologiche, ecc.) in cui si svolge la vita dell'organismo.

Fattori biotici e abiotici

All'interno dello stesso ambiente, è possibile distinguere tra fattori biotici ("vitali") e fattori abiotici ("senza vita").

La complessa interazione fra questi fattori ambientali e gli esseri viventi si definiscono un ecosistema. È quindi fondamentale che il sistema venga mantenuto in equilibrio per preservare gli ecosistemi e la vita.

L'ambiente biotico corrisponde alle componenti dell'ambiente che riguardano altri esseri viventi (della stessa specie o di una specie differente) a contatto con l'organismo al quale l'ambiente si riferisce. In particolare quando si parla di ambiente biotico ci si riferisce agli altri esseri viventi presenti nell'ambiente e alle relazioni che questi hanno con l'organismo in questione, tra cui: competizione, predazione, parassitismo, relazioni sociali, familiari e sessuali. Gli organismi che fanno parte di un ambiente si distinguono in organismi produttori (vegetali), consumatori (animali) e decompositori (funghi e batteri).

L'ambiente abiotico è invece costituito dalle componenti dell'ambiente "non viventi", tra cui: l'acqua, l'aria, i minerali, il clima, la morfologia della crosta terrestre e la natura del suolo.

Rapporti tra specie diverse in un ambiente

Allo scopo di definire il rapporto tra l'ambiente e le specie che vivono in esso, un ambiente condiviso da una singola specie o da varie specie associate tra loro viene detto "biotopo", mentre l'insieme degli organismi viventi che popolano un determinato spazio è detto "biota".

I rapporti tra le specie che vivono all'interno di uno stesso ambiente o biotopo possono essere differenti: Rapporto complementare Mutualismo - All'interno di uno stesso ambiente differenti specie possono convivere in modi diversi secondo vari modelli di simbiosi; quando i due organismi traggono reciproco vantaggio dall'associazione e nessuno degli individui delle due specie risulta capace di vivere isolato, la simbiosi viene detta "mutualistica" o mutualismo. Protocooperazione - Si parla di "protocooperazione" quando le due specie traggono un vantaggio reciproco pur essendo in grado di vivere separatamente. Commensalismo - Si parla di commensalismo quando solo una delle due specie trae vantaggio dall'associazione, ma senza danno diretto per l'altra. Un caso particolare di commensalismo è l'inquilinismo, cioè il caso di animali che si insediano sopra o all'interno del corpo di un altro animale senza danneggiarlo e i rapporti fra le due specie si riducono all'occupazione di spazio comune. Rapporto concorrenziale Competizione per interferenza indiretta - Si ha quando entrambe le specie si inibiscono a vicenda. Competizione per sfruttamento - Si ha quando ciascuna specie inibisce indirettamente l'altra a causa dello sfruttamento di risorse comuni.

Rapporto antagonista Parassitismo - Si ha quando una delle due specie conviventi (in simbiosi) trae vantaggio dall'associazione a scapito dell'altra, che ne è danneggiata più o meno profondamente. Predazione - Si parla di predazione se una specie utilizza l'altra specie come fonte di cibo. Parassitoidismo - Rapporto intermedio tra il parassitismo e la predazione, in cui la specie cosiddetta "parassitoide" instaura con l'ospite un rapporto trofico del tutto indipendente dalla fisiologia dell'ospite, nutrendosi indifferentemente dei suoi tessuti e portando di fatto alla morte della vittima, quasi sempre prima che questa abbia raggiunto il completo sviluppo.

Si parla inoltre di "neutralismo" quando non esiste un rapporto tra le specie, ovvero quando esse non interagiscono tra loro.

Fattori limitanti

Vengono detti "fattori limitanti" quelle condizioni senza cui un organismo non può vivere.

La natura spesso usa i fattori limitanti per impedire che una determinata popolazione si sviluppi a tal punto da raggiungere livelli non sostenibili. Si parla in questo caso di "resistenza ambientale" per riferirsi a tali fattori grazie ai quali l'ambiente si protegge dagli effetti di sovrappopolazione della specie in questione. Tali fattori limitanti possono essere di tipo fisico (ad esempio: temperatura, umidità e presenza di precipitazioni) oppure di tipo chimico (ad esempio: presenza di gas atmosferici e di sostanze nutrienti).

Atmosfera, clima e tempo L'atmosfera della Terra funge da fattore chiave nel sostenere l'ecosistema planetario. Il sottile strato di gas che avvolge la Terra è tenuto in posizione dalla gravità del pianeta. L'aria secca è composta per il 78% di azoto, il 21% di ossigeno, l'1% di argon e altri gas inerti, come l'anidride carbonica. I gas rimanenti sono spesso indicati come gas in traccia, tra cui i gas serra come vapore acqueo, anidride carbonica, metano, protossido di azoto e ozono. L'aria filtrata include tracce di molti altri composti chimici. L'aria contiene anche una quantità variabile di vapore acqueo e sospensioni di goccioline d'acqua e cristalli di ghiaccio visti come nuvole. Molte sostanze naturali possono essere presenti in minuscole quantità in un campione di aria non filtrata, tra cui polvere, polline e spore, spruzzi di mare, ceneri vulcaniche e meteoroidi. Possono anche essere presenti vari inquinanti industriali, come cloro (elementare o nei composti), composti del fluoro, mercurio elementare e composti dello zolfo come l'anidride solforosa.

Lo strato di ozono dell'atmosfera terrestre svolge un ruolo importante nell'esaurire la quantità di radiazione ultravioletta (UV) che raggiunge la superficie. Poiché il DNA è prontamente danneggiato dalla luce UV, ciò serve a proteggere la vita in superficie. L'atmosfera trattiene anche il calore durante la notte, riducendo così le temperature estreme quotidiane.

Strati dell'atmosfera

Strati principali L'atmosfera terrestre può essere divisa in cinque strati principali. Questi strati sono principalmente determinati dall'aumento o dalla diminuzione della temperatura con l'altitudine. Dal più alto al più basso, questi livelli sono:

Esosfera: lo strato più esterno dell'atmosfera terrestre si estende dall'esobase verso l'alto, composto principalmente da idrogeno ed elio. Termosfera: la parte superiore della termosfera è la parte inferiore dell'esosfera, chiamata "exobase". La sua altezza varia con l'attività solare e varia da circa 350 a 800 km. La Stazione spaziale internazionale orbita in questo livello, tra 320 e 380 km. Mesosfera: la mesosfera si estende dalla stratopausa a 80–85 km. È lo strato in cui la maggior parte delle meteore brucia quando entra nell'atmosfera. Stratosfera: la stratosfera si estende dalla tropopausa a circa 51 km. La stratopausa, che è il confine tra la stratosfera e la mesosfera, è in genere da 50 fino ai 55 km. Troposfera: la troposfera inizia in superficie e si estende tra 7 km ai poli e 1 km all'equatore, con alcune variazioni dovute al tempo. La troposfera è principalmente riscaldata dal trasferimento di energia dalla superficie, quindi in media la parte più bassa della troposfera è più calda e la temperatura diminuisce con l'altitudine. La tropopausa è il confine tra troposfera e stratosfera.

Altri strati All'interno dei cinque strati principali determinati dalla temperatura ci sono diversi strati determinati da altre proprietà.

Lo strato di ozono è contenuto nella stratosfera. Si trova principalmente nella parte inferiore della stratosfera tra circa 15–35 km, anche se lo spessore varia stagionalmente e geograficamente. Circa il 90% dell'ozono nella nostra atmosfera è contenuto nella stratosfera. La ionosfera, la parte dell'atmosfera che viene ionizzata dalla radiazione solare, si estende da 50 fino a 1 000 km, e in genere si sovrappone sia all'esosfera sia alla termosfera. Forma il bordo interno della magnetosfera.