自然地理学是地理学两大分支之一，注重于研究自然环境的形式和活动。而相对地，对建成环境的研究则归属于人文地理学。在自然地理研究中，地球常按照不同的环境被分为几个地球圈层，如大气圈、生物圈、岩石圈、水圈等。对自然地理学的研究常常使用跨学科的研究方法以及系统思维。
生物地球化学是一门研究影响自然环境组成的化学、物理、地质和生物过程的科学。生物地球化学所研究的自然环境包括生物圈、冰雪圈、水圈、土壤圈、地球大气层和岩石圈。具体来说，它主要研究化学元素在地球内的生物地球化学循环，比如碳循环和氮循环，同时研究这些元素和生命之间在地球上的相互作用和结合。这门科学侧重于研究由生物活动引起的或影响生物活动的化学循环，尤其侧重碳循环、氮循环、硫循环和磷循环。生物地球化学是一门系统科学并与系统生态学密切相关。
水文地质学是研究地下水的科学。它研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空变化规律，并研究如何运用这些规律去兴利除害，为人类服务。
地质学是对地球的起源探讨压力与时间、历史与结构进行研究的学科。主要研究地球的物质组成、内部构造、外部特征、各圈层间的相互作用和演变历史。在现阶段，由于观察、研究条件的限制，主要以岩石圈为研究对象，并涉及水圈、大气圈、生物圈和岩石圈下更深的部分，以及涉及其他行星和卫星的太空地质学。
固体地球，是指地球表面和内部固体的部分，不包括包覆在地球周遭的流体，如大气层、水圈，也不包含生物圈以及太阳物理学。但固体地球包括海盆，以及地核的外核。固体地球科学指的则是对应的研究方法，为地球科学的子集，主要为地球物理学和地质学，不包含高层大气物理学、大气科学、海洋学、水文学和生态学。
土壤圈是指地球最外层，由土壤组成，且会受到成土作用影响的区域。土壤圈介于地球岩石圈、地球大气层、水圈及生物圈之间的交界处。。土壤圈是地球的表面，而且只有在地表和大气层、生物圈、岩石圈及水圈之间有动态交互作用时才会生成。土壤圈是地球陆生生物的基础。
生物圈是指地球上所有生态系的统合整体，是地球的一个外层圈，其范围为海平面上下垂直各约10公里。它包括地球上有生命存在和由生命过程变化和转变的空气、陆地、岩石圈和水。从地质学的广义角度上来看生物圈是结合所有生物以及它们之间的关系的全球性的生态系统，包括生物与岩石圈、水圈和空气的相互作用。生物圈是一个封闭且能自我调控的系统。地球目前是整个宇宙中唯一已知的有生物生存的地方。一般认为生物圈是从35亿年前生命起源后演化而来的。
碳循环是一种生物地质化学循环，指碳元素在地球上的生物圈、岩石圈、土壤圈、水圈及大气中交换。碳的主要来源有四个，分别是大气、陆上的生物圈、海洋及沉积物。与氮循环和水循环一起，碳循环包含了一系列使地球能持续存在生命的关键过程和事件。碳循环描述了碳元素在地球上的回收和重复利用，包括碳沉淀。一个对湖泊的碳预算的测试可以检测这个湖泊是否起到了沉淀二氧化碳的作用。碳循环最早被约瑟夫·普利斯特里和安东万-罗伦·德·拉瓦节发现，被汉弗里·戴维所推广。
地质学是对地球的起源探讨压力与时间、历史与结构进行研究的学科。主要研究地球的物质组成、内部构造、外部特征、各圈层间的相互作用和演变历史。在现阶段，由于观察、研究条件的限制，主要以岩石圈为研究对象，并涉及水圈、大气圈、生物圈和岩石圈下更深的部分，以及涉及其他行星和卫星的太空地质学。
磷循环是生物地球化学循环，描述了通过岩石圈，水圈，生物圈的磷移动。因为磷和磷基化合物在地球上找到的典型范围的温度和压力下通常是固体，磷循环与许多其它的生物地球化学循环不同，大气没有起到磷移动的显著作用。磷化氢气体只会在具备特定条件的地点产生。
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