四大圈层相互作用与自然地理学
地球表层系统是由岩石圈、大气圈、水圈与生物圈相互作用而成的。要弄清地球表层环境发生、发展过程与变化规律，弄清其空间分布、分异特征与规律， 就必须从圈层的相互作用出发。圈层之间的相互作用，都是通过能量、物质与信息的交换来完成的。
能量是维持地球表层系统运行与发展的动力，也是联系四大圈层的桥梁和纽带。圈层间进行着多种不同能量的传输。
第一，大气圈与水圈之间存在着热能、动能、化学能和势能的传输与交换。由于大气与水体之间温度的差异，大气圈与水圈之间热能交换一直在不停地进行着。如冷空气经过的水面会发生降温现象，热流对大气有增温、增湿作用。由于大气与水面之间的摩擦作用，大气运动往往影响和带动水体的运动，如风吹拂水面会产生波浪，信风作用于洋面产生洋流。当然，水体的运动也会影响和改变大气的运动，如在静风天气时，来到瀑布或快速活动的河流四周，立即感到风的存在，这是大气圈与水圈动能交换的结果。大气与水体(主要是海洋) 之间在不断地进行着物质的交换，在交换过程中也会发生某些化学反应，因此两者之间也存在化学能的交换。气压代表了大气势能的大小。当大气压力不同或发生变化时，会改变水体的分布与位势。如气压偏低时，海平面就会升高; 当气压偏高时，海平面就会相应降低。如台风经过的海面，由于台风中心气压比较低，往往会导致海平面高出四周几十厘米至几米。当水体分布发生变化时，同样也会引起气压的变化。又如，高山、高原冰川以及中高纬度地区冰盖的发育，将会使这些地区的近地面气压升高，导致区域间的气压差增大。
第二，大气圈与岩石圈之间存在着热能、化学能、动能的交换。地面与大气
之间通过长波辐射、大气逆辐射在进行着热能的交换。大气圈与岩石圈之间也在进行着物质的交换，发生着某些化学反应，如风化作用从大气中吸收CO2，同时也使岩石中的某些元素开释出来，因此两圈之间存在着化学能的交换。通过大气与地面之间的接触与摩擦作用，岩石圈的动能可以传递给大气圈，大气圈的动能也可以传递给岩石圈。如地球自转速度变化，通过地面摩擦动能从岩石圈传递给大气圈，从而导致大气运动速度的改变。研究表明，在厄尔尼诺年，由于地球自转速度的减慢，在赤道四周的大气可以获得1cm/s 的向东相对速度。当然，大气运动的动能也可以通过地面摩擦传递给固体地球。
第三，水圈与岩石圈之间存在着热能、动能、势能与化学能的交换。在水与岩石接触的界面上，由于岩石与水温度的差异，导致两个圈层之间的热能交换。最明显的例子是海底火山、海底熔岩的溢出(如洋中脊) ，加热了海水。热流不仅热和所经过地区的大气，而且还热和四周的岩石与土壤，冷流则对经过区域的大气和岩石具有冷却作用。岩石圈的变动往往引起水体分布的变化，水体分布的变化也会反过来通过均衡作用引起地面岩石高程的调整。如当山地隆升到一定高度，冰川开始发育，使原来分布于海洋的水体以固态水的形式分布在山体顶部，从而进步这些水的势能。当冰川达到一定厚度，就会导致地面的均衡下沉，反过来对岩石圈的位势产生一定的影响。水圈与岩石圈之间的物质交换也是很频繁的，并且存在着一系列化学反应，从而进行着化学能的交换。如水对岩石的风化、分解与溶蚀，水中碳酸盐、硅酸盐等物质的析出与沉淀，海底火山喷出大量物质到海水中，洋中脊四周熔岩与海水的反应等，都是岩石圈与水圈化学能交换的例证。
第四，生物圈与三个圈层之间，普遍存在着热能与化学能的交换。热能的交
换很好理解。假如没有一定的气温、水温顺土壤温度，生物是无法生长与发育的，生物需要从三大圈层中吸收热量以保持自身所需要的温度，当然生物呼吸也会放出热量到三大圈层中。化学能的交换主要表现在生物圈与三大圈层之间的物质交换上，生物生长过程中不断地从环境(三大圈层) 吸收营养物质，同时生物的新陈代谢也不断向环境(三大圈层) 排泄出物质。生物死亡后生物体被分解，物质回回环境(三大圈层) 。通过物质的循环及其化学反应，生物圈与三个圈层之间进行化学能的交换。碳、氮、氧、磷、硫、氯等物质的循环，就是一个很好的例证。
能量驱动地球表层系统的物质迁移与循环，反过来，物质迁移与循环不仅带动了能量的活动与传输，而且还导致能量的转化与交换。物质迁移与循环，同能量传输与转化一样，是地球表层系统发展演化的原因与动力，也是圈层间相互联系的纽带、相互作用的桥梁。
水循环似乎是水圈中的物质循环，但实际上水循环跨越了大气圈、生物圈和岩石圈:降水发生在大气圈，水汽的运移是由大气运动完成的; 径流发生在岩石圈表层(地表径流) 和岩石圈内部(地下径流) ，是水循环的重要步骤; 植物的蒸腾是水循环的重要方面，植被对降水的截留，改变了水循环的过程与速度。
水循环是地球表层系统中最重要的物质循环之一。它对地球表层系统的能量起着再分配的作用。当水蒸发时，吸收大气的热量; 当降水发生时，开释热量到大气中; 当蒸腾发生时，带走植物体内的热量，同时也吸收大气的热量。它是地球表层系统其它物质运动与循环的传送带。任何物质的运动和循环，都离不开水的运动和循环。如泥沙的搬运、沉积，岩石的风化、分解，元素的迁移等，大都是在水的参与下完成的。