Геофизика — наука о Земле¶
Геофизика — это наука, изучающая физическое строение, физические свойства и процессы, происходящие в Земле и околоземном пространстве, а также на других планетах и небесных телах. Геофизика является разделом естествознания и входит в комплекс наук о Земле (науковедение). Предметом исследования выступает вся планета в целом — от ядра до ионосферы, а также гравитационное, магнитное и электрическое поля Земли.
¶Предмет и задачи
Геофизика изучает структуру и динамику земного шара, используя методы физики. Основные объекты исследования:
- внутреннее строение Земли (ядро, мантия, земная кора);
- физические поля планеты — гравитационное, магнитное, электрическое, температурное;
- сейсмические процессы и вулканизм;
- физика океана и атмосферы в геофизическом аспекте;
- околоземное космическое пространство, ионосфера, магнитосфера;
- физические процессы на других планетах и Луне.
Ключевая задача геофизики — установить закономерности строения и развития Земли на основе физических законов, создать модели внутреннего строения планеты и объяснить механизмы геологических процессов.
¶История
Зарождение геофизики связано с работами учёных Нового времени. В 1600 году английский врач Уильям Гилберт опубликовал трактат «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле», заложивший основы изучения магнитного поля планеты. В 1735 году французские учёные Пьер Буге и Шарль Марен де ла Кондамин провели геодезические измерения в Эквадоре, подтвердив эллипсоидность Земли.
Развитие сейсмологии как части геофизики связано с созданием первых сейсмографов в XIX веке. В 1889 году немецкий учёй Карл Райхерт в Токио зарегистрировал первую запись землетрясения удалённой станцией. В 1906 году Ричард Диксон Олдем предложил модель внутреннего строения Земли, выделив ядро. В 1914 году Бено Гутенберг установил глубину границы ядра — около 2900 км.
В XX веке геофизика получила мощное развитие в связи с потребностями поиска месторождений полезных ископаемых, а также с созданием глобальных сейсмологических сетей. В СССР крупный вклад в развитие геофизики внесли учёные: Владимир Обручев, Александр Моисеев, Сергей Христианович, Григорий Гамбурцев, Иван Гамбурцев и другие. В 1957 году после запуска первого искусственного спутника Земли начала развиваться космическая геофизика.
¶Разделы геофизики
Геофизика подразделяется на ряд разделов:
| Раздел | Объект изучения |
|---|---|
| Сейсмология | Сейсмические волны, землетрясения, внутреннее строение |
| Гравиметрия | Гравитационное поле Земли |
| Магнитометрия | Магнитное поле Земли |
| Геотермия | Температурное поле и тепловой поток Земли |
| Физика Земли (физика планет) | Строение мантии и ядра, физические процессы |
| Вулканология | Вулканические процессы и явления |
| Метеорология | Физика атмосферы |
| Океанология | Физические процессы в океане |
| Ионосферная и магнитосферная физика | Электрические и магнитные явления в верхних слоях атмосферы |
¶Методы
Геофизика использует методы, заимствованные из общей физики и адаптированные для изучения Земли. Основные из них:
- Сейсмический метод — изучение распространения упругих волн, возникающих при землетрясениях или искусственных источниках. Наиболее информативен для исследования глубинного строения.
- Гравитационные измерения — определение ускорения свободного падения с помощью гравиметров; отклонения от нормального поля указывают на неоднородности в недрах.
- Магнитные измерения — съёмка магнитного поля, выявление аномалий, связанных с породами, содержащими магнетит.
- Электрические методы — изучение электропроводности горных пород (метод сопротивления, индукционное зондирование).
- Тепловые измерения — определение градиента температуры и плотности теплового потока.
- Радиоактивные измерения — изучение естественной радиоактивности пород.
- Геофизические методы разведки — комплексное применение перечисленных методов при поиске нефти, газа, рудных и нерудных месторождений.
¶Геофизика в России
Россия обладает одной из крупнейших в мире школ геофизиков. Ведущие научные центры — Институт физики Земли РАН, Геологический институт РАН, Сейсмологическая служба РАН, Объединённый институт физики Земли имени О. Ю. Шмидта. Ведутся работы по мониторингу сейсмической опасности на Дальнем Востоке, Кавказе и в Сибири, изучению шельфа Северного Ледовитого океана.
Развитие геофизических исследований в России тесно связано с недропользованием: сейсморазведка применяется при поиске и разведке месторождений нефти и газа на территории Сибири, Дальнего Востока и шельфов.
¶Применение
Геофизика находит широкое практическое применение:
- Поиск полезных ископаемых — сейсморазведка, грави- и магнитная съёмка при разведке нефтяных, газовых и рудных месторождений.
- Прогнозирование землетрясений — мониторинг сейсмической активности, оценка сейсмической опасности территорий.
- Инженерная геофизика — исследование условий строительства тоннелей, плотин, высотных зданий.
- Вулканологический мониторинг — наблюдение за вулканами Камчатки и Курильских островов.
- Навигация и связь — учёт состояния магнитного поля и ионосферы при работе радиосистем и спутниковых навигаторов.
- Изучение气候变化 — анализ данных о температурном поле, ледниках, уровне океана.
¶Связь с другими науками
Геофизика граничит с геологией, географией, астрономией, физикой атмосферы, океанографией, математикой и компьютерными науками. Современная геофизика активно использует методы математического моделирования и суперкомпьютерных вычислений для построения трёхмерных моделей строения Земли.
Источники:
- Буров Г. С. Геофизика: учебник для вузов.
- Хайкин С. Е. Магнитное поле Земли.
- Гамбурцев Г. А. Сейсмическая разведка.
- Обручев В. А. Избранные труды по геофизике.
- Энциклопедия Britannica: Geophysics.
- Большая российская энциклопедия: Геофизика.