С самого начала процесса научного познания мира ученые стремились разбить мир на однородные элементы, чтобы изучить их возможно полнее и глубже. Отсюда дробление наук на самостоятельные дисциплины, их обособление, определенная замкнутость. Но реальный мир непрерывен, границы между научными дисциплинами условны, часто искусственны. В современных научных исследованиях особое внимание уделяется выявлению связей между объектами, изучаемыми разными науками, построению сложных структур, включающих различные, по внутренне связанные между собой объекты. Эти сложные структуры принято называть системами.
Система — это упорядоченное множество предметов, обнаруживающих заметные связи и действующих как единое целое. Одна из наиболее существенных сторон исследования систем — выявление и изучение системных связей.
Советская география была подготовлена к восприятию системного подхода задолго до того, как он получил права гражданства в научной литературе. В 20-х годах академик А. А. Григорьев разработал учение о географической оболочке — материальной системе, состоящей из ряда взаимодействующих геосфер: атмосферы, гидросферы, литосферы. В качестве особой единицы рассматривалась сфера жизни — биосфера. Учение о ней наиболее подробно было разработано академиком В. И. Вернадским.
По представлениям советского географа Д. Л. Арманда, природа — это всеобщая система, состоящая как из естественных предметов и явлений, так и из технических сооружений, созданных людьми. Система природа состоит из однородных агрегатов — компонентов. Это межзвездное вещество, газы, жидкости, горные породы, растения, животные, технические сооружения и пр. Компоненты, объединенные относительно тесным взаимодействием, образуют природные комплексы. Оболочка Земли — это геосистема, построенная из большого числа систем низшего порядка. В геосистеме прослеживается сеть прямых и обратных связей, стремящихся поддержать ее в состоянии равновесия.
Важной стороной географической и биологической наук является изучение биосферы. Геосистемы, включающие живые организмы, принято называть экосистемами. По определению современною американского биолога Ю. Одума под экосистемой понимается совокупность организмов, живущих на определенной территории и взаимодействующих друг с другом и с неживой природой таким образом, что поток энергии преобразуется в четко выраженную трофическую (пищевую) структуру, видовое разнообразие и круговорот веществ.
Как видно, в основе определения экосистемы лежит представление о потоке энергии. Проследим, как преобразуется энергия в экосистеме. Источником жизни на Земле является солнечная энергия. Достигая Земли, она поглощается зелеными растениями, которые снабжают ею все остальные элементы экосистемы. Животные в отлично от растений не могут извлекать свободную энергию непосредственно из физической среды. Необходимую энергию животные получают путем питания, поедая растения или других животных. Так происходит перенос или превращение энергии в биосфере. При этом часть энергии неизбежно теряется.
В процессе переноса и превращения энергии в биосфере возникают пищевые, или трофические, цепи. Трофические цепи образуют несколько уровней. На нижнем уровне располагаются зеленые растения, на втором — травоядные животные, на третьем — хищники. Все элементы экосистемы связаны определенными зависимостями. Это обстоятельство позволяет воспользоваться при изучении экосистем моделированием, в частности математическим. Можно попытаться построить некоторые упрощенные модели и, исследуя их, изучить некоторые свойства экосистем, предсказать их поведение в будущем. Одним из наиболее интересных направлений математического моделирования является расчет численности популяция (совокупность особей одного вида, проживающих на данной территории) и регуляции их в природе.
Основой для подобных построений являются следующие соображения. В природе быстрый рост популяций сдерживают такие факторы, как борьба за существование, болезни, естественная гибель, уничтожение хищниками. Если популяция развивается в среде с достаточным количеством пищи, ее численность растет очень быстро. С точенном времени сказываются ограничивающие факторы. При определенных условиях наступает равновесие и численность становится более или менее постоянной. Математическое выражение численности популяции имеет вид логистической кривой.
Одни из факторов, сдерживающий численность популяции, конкурентная борьба. Теоретические расчеты и экспериментами наблюдения показывают, что популяция «жертв» и «хищников» находятся в определенном соответствии.
С этими данными совпадают оценки современной биомассы растопчи, а также подсчеты количества животных в различных географических поясах и зонах. На основании него вычисляется биологическая продуктивность экосистем. Поскольку механизм регуляции биомассы действовал всегда, приведенную модель можно использовать дня расчета биомассы прошлых эпох, привлекая результаты палеобиологических исследований.
С началом орудийной деятельности природа становится полем деятельности человека. Возникает новая форма движения материи — социальная, и оформляется качественно более высокая категория — сфера общественной жизни, социальная сфера.
С появлением человеческого общества, социальной сферы резко усложняются связи в геосистеме Земля. Природа обеспечивает самые разнообразные потребности человеческого общества. Для нашего исследования наибольший интерес представляет то, как природа обеспечивает человечество энергией и пищей. Люди используют не псе компоненты природной среды, а лишь небольшую их часть — природные ресурсы. Под природными ресурсами в экономической географии понимают вещества и энергию природы, вовлеченные в производство на данной ступени развития общества.