Исследование Земли и земных оболочек приблизилось к такому этапу, когда возникла необходимость в выявлении основных свойств и структур планетарного бытия, элементов и подсистем некоторого универсального образования, охватывающего все основные геосферы и их взаимодействия. При анализе земных оболочек поражает их высокая организованность, устойчивость, оптимальность, способность к саморазвитию. Например, земная кора находится в состоянии динамического равновесия благодаря существованию геохимических и геофизических круговоротов. Устойчивость геосфер является результатом их квазиравновесного взаимодействия с окружающим космосом. Если бы параметры геосфер и ритмы их изменений не соответствовали космическим, то геосферы не могли бы существовать миллиарды лет. В настоящее время взаимодействие геосфер переходит на новый качественный этап, создавая сложноорганизованную устойчивую систему, способную к регулируемым самоорганизации и планетарной эволюции. В исследовании этой проблемы могут быть выделены следующие тенденции:

1. Исследование земных оболочек по линейному принципу: от ядра как исходной сферы и затем от одного сферического слоя к другому. Такое последовательное рассмотрение соответствует устройству планетоида, наращивающего в своем развитии планетарные оболочки.
2. Выявление ключевых управляющих геосфер с соответствующими подсистемами, элементами, параметрами.
3. Выделение наиболее сложной оболочки среди всех геосфер, включая формирующиеся, так что все процессы и явления в пределах Земли рассматриваются с учетом этой оболочки.

1. Последовательное исследование сферично-слоистого строения земных оболочек

В последние годы все большее внимание обращается на многоуровневую взаимосвязь между космосом и Землей, на самоподобие процессов, протекающих в космосе и на Земле. Земной шар и его окружение следует рассматривать как набор оболочек - геосфер, которых (вместе с промежуточными сферами и подсистемами) выделяют до нескольких десятков. Однако четкие критерии, в основе которых лежат либо строго определенные параметры, либо ясные научные идеи, имеют немногие из них.

Распределение сферических слоев подчинено закону минимума момента количества движения в условиях вращения, и поэтому в центре любого планетоида располагаются наиболее плотные породы, составляющие ядро, а по мере продвижения к периферии происходит разуплотнение и выделяются все более тонкие сферы, вплоть до появления, в отдельных случаях, биосфер . Земные оболочки отличаются локальной атомно-молекулярной структурой, химическим составом, плотностью, составляющих их физических свойств, а также температурой и давлением, при которых эти вещества существуют. Большинство геосфер соответствуют качественно различным термодинамическим состояниям земного вещества. Внешние геосферы, к которым обычно относят атмосферу, гидросферу, магнитосферу, являются динамичными оболочками с весьма размытыми внешними границами.

Поверхность Земли имеет фрактальное сегментарно-эллипсоидальное строение. Сам земной геоид и материки разделены на крупные ландшафтные системы, которые дробятся на эллипсоидальные подсистемы. Например, на суше могут быть выделены эллипсоидальные водосборы крупных рек, эллипсоидальные возвышенности (холмы), блюдцеобразные понижения (гряды, гривы, низины) и т. д. Существуют различные и устойчивые ритмы в атмосфере, гидросфере, литосфере, баросфере, криосфере, которые проявляются в климате, течениях, землетрясениях, изменениях магнитного поля Земли. Выявлены циклы и тренды, соответствующие этим изменениям.

2. Управляющие оболочки и их подсистемы

Геосферы связаны между собой круговоротами вещества, глобальными потоками энергии и момента импульса. Особую роль в регулировании этих круговоротов играют почва, магнитосфера, биосфера. Почва является связующим звеном биологического и геологического круговоротов. Она возникает из верхних слоев литосферы, способствуя своей жизнедеятельностью геохимическому преобразованию этих слоев и являясь источником вещества для образования минералов, горных пород, полезных ископаемых. Почву можно рассматривать как оболочку земной коры (педосферу или эдафосферу), которая активизирует перенос аккумулированной солнечной энергии в глубокие слои литосферы. Почва является примером системы, стремящейся к равновесному взаимодействию ее различных составных частей и взаимодействиям, "которые существуют между так называемой "живой и мертвой природой" .

Магнитосфера Земли - это область околоземного космического пространства, определяемая взаимодействием солнечного ветра с геомагнитным полем, которое подобно полю диполя. Магнитосфера является сложной открытой системой, в которой происходит диссипация энергии солнечного ветра в результате коллективных взаимодействий частиц плазмы с возбуждаемыми в ней колебаниями. Взаимодействия "волна - частицы" ведут к тому, что межпланетная плазма обтекает магнитное препятствие (магнитный диполь Земли) подобно сплошной среде. В результате образуется магнитосфера, граница которой (магнитопауза) разделяет области межпланетного и магнитного полей и различных плазменных сред. В процессе взаимодействия солнечного ветра с магнитным полем Земли образуется бесстолкновительная головная ударная волна, а линии геомагнитного поля оказываются вытянутыми в длинный хвост (аналогично кометным хвостам) на расстояние порядка нескольких сотен земных радиусов в направлении от Солнца.

Кроме магнитной границы, существуют плазменные границы - низкоширотный пограничный слой и мантия (высокоширотный слой). Глубже, внутри магнитосферы, располагается вращающаяся вместе с Землей плазмосфера, которая состоит из "холодных" (1эв) ионосферных ионов и электронов. Во внутренней магнитосфере есть область захваченных частиц (радиационные пояса и кольцевой ток), которая представляет накопитель значительных энергий в магнитосфере. Кольцевой ток приводит к глобальному ослаблению магнитного поля на земной поверхности. Второй крупной областью накопления энергии в магнитосфере является протяженный геомагнитный хвост. Плазменный слой, авроральная зона и радиационные пояса тесно связаны друг с другом, а магнитосфера в целом тесно связана с другими оболочками Земли, оказывая принципиальное влияние на состояние атмосферы, гидросферы, биосферы, включая человеческий организм.

Различные подсистемы и ячейки магнитосферы оказывают регулирующее воздействие на атмосферу, прежде всего ионосферу, баросферу, биосферу. Это воздействие разветвленное, многоуровневое, содержащее обратные связи. Магнитосферные структуры успешно моделируются математически и в лабораторных экспериментах, что является подтверждением подчиненности процессов самоорганизации в этой земной оболочке, общим системным и самоподобным закономерностям, присущим планетарной системе в целом.

Системы биосферы являются наиболее сложными и содержат в себе множество тонких регулирующих механизмов. Биосфера - это оболочка Земли, заселенная живыми организмами и преобразованная ими. Организмы и среда их обитания вследствие длительного взаимодействия друг с другом образуют целостную систему, находящуюся в динамическом равновесии. Биосферу также можно определить как открытую (в термодинамическом смысле) область распространения жизни на Земле, являющуюся самовоспроизводящей, саморазвивающейся, самоуправляющейся системой, которая включает совокупность организмов, их останки и продукты жизнедеятельности, а также абиотическое окружение.

В.И. Вернадский подчеркивал, что биосфера - глобальная система Земли, в которой геохимические и энергетические превращения определяются суммарной активностью всех живых организмов. В настоящее время человек оказывает существенное влияние на геохимические функции биосферы, тем самым нарушая ее равновесие. В рамках концепции Вернадского биосфера возникла на ранних стадиях образования планеты сразу как совокупность биогеоценозов, являющихся целостными саморазвивающимися системами. Современная наука выделяет много целостных единиц биосферы: элементарный ландшафт, микроландшафт, биосистему, голоцен, биохору, экотоп, геоценоз, биоценоз, фитоценоз, экосистему, фацию, эпифацию, диатоп, биоэкос, - однако среди них нет равнозначных "биогеоценозу", который следует считать величайшим достижением природы. Его принципиальное значение для биосферы подчеркивается многими исследователями. Так, В.Н. Сукачев отмечал, что "…биогеоценозы не должны рассматриваться как один из биологических уровней организации живой природы, это уровень особого порядка". Биогеоценоз опирается на сложнейшую иерархическую систему циклов, обеспечивающих его существование.

Подобная система циклов способна обеспечить многовариантность и устойчивость развития одновременно. Таким образом, в биогеоценозе совмещаются как бы несовместимые тенденции, связанные с консервативностью и развитием: с одной стороны, здесь обеспечивается оптимизация всех биосферных процессов, с другой - обеспечивается регулирующее воздействие на смежные геосферы.

Биосферу можно рассматривать как глобальную экологическую систему, обеспечивающую устойчивость поддержания жизни в ее планетарном проявлении. Деятельность живых организмов определяет круговорот отдельных элементов и химических соединений. Биосфера своей эволюцией, формированием ресурсов полезных ископаемых, основных сельскохозяйственных культур подготовила условия для развития человечества, однако современная цивилизация практически паразитирует на организованности биосферы, вынуждая ее деградировать.

В настоящее время человек оказывает существенное влияние на геохимические функции биосферы, тем самым нарушая свое равновесие в ней. Пока потребности человека не превышали 1% от общего количества продуктов биосферы, последняя находилась в динамическом равновесии с другими земными оболочками. В настоящее время человек потребляет уже более 7% продуктов биосферы, что существенно нарушает ее естественный баланс. Биосфера не справляется со своей стабилизацией, и скоро эти функции человеку придется взять на себя. Когда вся система жизни и среды станет управляться человеком, биосфера превратится в ноосферу.

3. Выявление наиболее сложной земной оболочки - ноосферы, рассматриваемой как основание планетарного бытия

Формирование ноосферы происходит как эволюция сложной открытой системы, способной к самоорганизации. Эта оболочка Земли будет наиболее сложной из всех существующих, и разработка ее теоретических основ потребует усилий специалистов разных областей знания. Организованность ноосферы обеспечивается взаимодействием устойчивых природных структур, а также дальнейшим ее конструированием на этой основе. Развивая представления о ноосфере, следует поставить вопрос об основном элементе ноосферы, который мы назовем нообиогеоценозом. В пределах нообиогеоценоза возникает новое качество, характеризующее ноосферу как единое целое.

В настоящее время происходит активный синтез наук о Земле с гуманитарными науками, исследующими духовные аспекты развития человечества. Эти синтетические науки, осуществляющие переплетение естественно-научных и гуманитарных дисциплин, связаны с процессами формирования ноосферы и могут быть названы "науками ноосферного класса". Науки этого класса имеют своим объектом ноосферные системы, формирование которых приводит к устойчивому взаимодействию неживого и живого вещества с информацией, интеллектом, духовностью. Взаимодействие между живым и неживым веществом идет сотни миллионов лет, сформировав устойчивые целостные образования, которые в настоящее время нуждаются в "достройке новых этажей" информационно-интеллектуальных и духовных. К ноосферным системам можно отнести ноосферу в целом, нообиогеоценоз, ноосферную личность, управляющие ноосферные подсистемы. В науках ноосферного класса механические, физико-химические, биологические, геологические, информационные, культурные, социальные и другие подобные им процессы исследуются с точки зрения формирования и развития ноосферных систем.

Науки ноосферного класса имеют дело с гораздо более разнообразными и глубокими процессами и явлениями, чем аналогичные науки биосферного класса. Процессы и явления, исследуемые этими науками, обеспечивают развитие ноосферогенеза и характеризуются взаимопереплетением на всех уровнях организации природы. В настоящее время большинство взаимодействий между человечеством и этими природными уровнями поверхностно, односторонне, имеет несогласованность в ритмах существования. Если какой-то из природных уровней еще не вовлечен в процесс всевозможных взаимосвязей, то со временем это обязательно произойдет. Благодаря вовлеченности в этот процесс всех природных и духовных уровней ноосфера становится основанием планетарного бытия.

Таким образом, все возможные направления исследования универсальной системы земных оболочек опираются на синергетические идеи. Более того, только синергетический подход способен обеспечить комплексное исследование этой проблемы, а его методология опирается на все доступные интегрирующие науки и подходы.