Геофизика

Геофизика — это наука о наиболее общих законах природы планеты Солнечной системы. Можно условно выделить три области единой науки о планете: физика Земли и океанов, физика атмосферы и физика околоземного космического пространства. Именно последнюю и представляю, о ней пойдет в основном речь, хотя в природе все взаимосвязано. В тех местах, где это необходимо, мы будем говорить о ядре Земли и о процессах в глубинах Солнца. Эта взаимосвязь всех процессов подчеркнута в другом названии нашей науки — солнечно-земная физика.

• История науки
• Современная геофизика
• Предмет, задачи и методы геофизики
• Образование и работа
• Заключение

Трудно сказать, когда она родилась. Уже при свете первобытных костров люди делились сведениями и наблюдениями о погоде, о прозрачности атмосферы и сиянии серебристых облаков, о буйствах и волшебных красках сполохов небесного огня — полярных сияниях. Человек всегда старался отмечать тех, кто ставил надежные вехи на сложном и трудном пути познания. Так было и в нашей науке. М. В. Ломоносов одним из первых высказал мысль об электрической природе полярных сияний. Бальфур Стюарт первым высказал гипотезу о том, что магнетизм определяется электрическим током, текущим на высотах около 100 км и выше. Но основные знания принес XX век.

Геофизикой называют научное направление, исследующее строение, происхождение, историю, особенности Земли физическими методами.

История

История геофизики весьма сложна ввиду неравномерного развития ее разделов. Первыми появились элементы наблюдательной геофизики (в античные времена). К тем же временам относятся первые описания геофизических процессов.  

Предпосылки формирования геофизики в качестве единой науки закладывались в XVII – XIX вв. и были обусловлены открытием основных законов макроскопической физики, созданием геофизических обсерваторий, проявлением необходимости перехода к глобальным исследованиям. Геофизика в виде самостоятельной комплексной науки появилась к середине XIX в. в результате обобщения и интерпретации накопленных материалов геофизических наблюдений. После этого стали систематически исследовать строения и физических параметров литосферы, атмосферы и гидросферы. Формирование геофизики завершилось в международный геофизический год (1882).

В начале XX в. данная наука потеряла ведущее значение в естествознании. Существенно способствовало ее развитию появление в 30 — 40 гг. сейсмических моделей Земли. Благодаря внедрению автоматизации наблюдений и ЭВМ увеличился объем получаемой и обрабатываемой информации. Применение методов физики твердого тела и высоких давлений обеспечило возможность перехода от изучения строения планеты к исследованию физических параметров недр. Существенно повлияли на геофизику космические исследования. К тому же они способствовали возникновению сравнительного планетоведения, основанного преимущественно на геофизических методах. В связи с решением современных глобальных задач, таких как охрана природы, поиск и оценка ресурсов, в том числе стихийных бедствий, изучение космического пространства и мирового океана, прогноз природных и природно-техногенных процессов, геофизика вновь заняла одно из ведущих положений в естествознании

Современная наука

Геофизика в широком понимании исследует физические параметры как внутренних оболочек планеты (земной коры, мантии и ядра), так и вод (подземных и поверхностных) и атмосферы.

По направленности геофизику подразделяют на фундаментальную и прикладную. Первая включает солнечно-земную физику, гидрофизику, физику атмосферы, физику твердой земли. Ко второй относят разведочную, промысловую и вычислительную.Солнечно-земная физика занимается исследованием физических процессов в межпланетной и околоземной средах.

В сферу изучения физики атмосферы входят процессы в ней, распределение давления и температуры, физические параметры ее газовых компонентов, химические реакции, поглощение и излучение радиации, конденсация и испарение, формы движения, формирование облаков, выпадение осадков. Данный раздел дифференцирован на метеорологию и аэрономию (изучают нижние и верхние слои соответственно). К физике атмосферы близки такие науки, как атмосферная оптика и актинометрия, исследующие оптические эффекты. Кроме того, существуют науки о атмосферном электричестве, турбулентности, акустике, выделяемые в обособленные отрасли.

Гидрогеофизика занимается изучением строения гидросферы и физических процессов в ней. Рассматриваемая наука подразделена на гидрологию суши и физику моря (океана). В сферу изучения первого раздела входят поверхностные воды. Второй раздел исследует физические процессы в океанах и морях, магнитные и электрические поля, распространение магнитогидродинамических эффектов, электромагнитных возмущений, взаимодействие с атмосферой. Он включает гидродинамику, акустику, оптику, термодинамику, ядерную гидрофизику.

Физика Земли представлена комплексом наук, изучающим строение, развитие, параметры, состав твердых сфер планеты, процессы в недрах. По предмету изучения данный раздел дифференцирован на сейсмологию, гравиметрию, геомагнетизм, геотермию, геоэлектрику, геодинамику, петрологию, минералогию, тектонофизику и прочие геофизические науки на стыке геологии, математики, химии и др.

Сейсмология является наиболее обширным разделом физики Земли. Она измеряет и анализирует движения в земной коре. Одной из основных сфер изучения сейсмологии являются сейсмические волны от природных и техногенных источников. Путем исследования их распространения и определения периодов колебаний планеты была построена ее сейсмическая модель. Первоочередной задачей сейсмологии является изучение землетрясений. К более узким задачам относятся изучение сейсмических шумов от техногенных объектов, связанных с волнением и шторами микросейм, цунами. Методы сейсмологии применяются в разведочной геофизике, в изучении других планет. Статья о сейсмологии.

Гравиметрия исследует гравитационное поле планеты, пространственное распространение его, земные приливы, гравитационные аномалии, обучловленные нутацией и прецессией земной оси процессы, определяет фигуру планеты. Наиболее близка данная наука к геодезии и топографии. К гравиметрии близко исследование современных движений земной коры и их связи с землетрясениями. Гравиметрические методы обширно применяются в разведочной геофизике.

Геомагнетизм занимается изучением геомагнитного поля и временных и пространственных его изменений, созданием теории магнитного поля. Один из его разделов изучает магнитные свойства горных пород архео- и палеомагнитными методами. Эти данные применяются в тектонике, поисках и разведке месторождений.

Геотермия исследует распределение температуры, ее источники в недрах, термическое состояние и термическую историю планеты. Экспериментальный раздел основан на определении теплового потока из недр и роста температуры с глубиной. Структурная геотермия выясняет связи величины теплового потока с тектоническими структурами. Ее результаты применяются в геотектонике. Другие задачи данной науки состоят в выявлении и исследовании тепловых аномалий и соотношения теплового потока континентов и океанов. Геотермия наиболее близко связана с геодинамикой.

Геоэлектрика исследует электрические параметры планеты, прежде всего электропроводность ее оболочек и электромагнитные поля естественного и искусственного происхождения. Включает глубинную (определяет фазовое и термодинамическое состояние недр путем изучения электропроводности мантии и земной коры) и прикладную (электрическая разведка) геоэлектрику.

Геодинамика изучает процессы в недрах Земли и их взаимосвязи. Основные задачи состоят в описании тектонических процессов и создании термомеханических моделей определяющих их глубинных процессов.

Вычислительная геофизика. Занимается накоплением и анализом геофизических наблюдений, разработкой методов решения обратных и некорректных задач, комплексирования геофизических данных, комплексного анализа геофизических, геоморфологических, геологических данных в целях поиска полезных ископаемых, сейсмического районирования, расшифровки космических снимков, прогноза землетрясений, изучения корреляции геофизических полей и строения земной коры, численным моделированием геофизических процессов. Связана с теоретической геофизикой, особенно в моделировании.

Разведочная геофизика исследует строение литосферы в доступной для практической деятельности зоне и занимается разведочно-поисковыми, инженерно-геологическими и гидрогеологическими работами.

В целом геофизика наиболее близко связана с геологическими дисциплинами, физико-математическими и техническими науками, астрономией, физической географией и др.

Предмет, задачи, методы

Предмет геофизики представлен планетой в целом и ее оболочками.

Задачи данной науки состоят в выяснении строения оболочек Земли, изучении их физических параметров и физических процессов в них, параметров физических полей и их временных и пространственных неоднородностей, выяснении на основе этих данных истории развития Земли и прогнозировании различных процессов.

В геофизике используется более ста физических методов изучения. Их классифицируют по месту проведения (наземные, аэрокосмические, морские, подземные), по изучаемым физическим полям и параметрам (сейсмические, магнитные, гравиметрические, термические, ядерно-физические и др.), по способу передачи информации (непосредственного измерения, дистанционные), по типу объектов исследования (геосфер и геофизических полей, процессов и величин). К тому же ввиду недоступности для непосредственного изучения многих объектов вследствие их нахождения в недрах в геофизике обширно применяется моделирование.

Профессия геофизик

Геофизике обучают в рамках как среднего специального, так и высшего образования. Достоинство данной специальности состоит в том, что она включает множество наук и поэтому дает несколько профессий, как и многие геологические специальности.

Геофизики востребованы в научной и образовательной сферах. Так, они работают в научно-исследовательских институтах, образовательных учреждениях, проектных организациях, разведочных и добывающих компаниях.

Заключение

Геофизика представлена комплексной наукой на стыке физико-математических дисциплин и наук о Земле, изучающей строение и развитие планеты, процессы в ее оболочках. Ввиду этого она занимает одно из ведущих положений в естествознании. К тому же геофизика имеет существенное прикладное значение благодаря участию в решении многих глобальных и практических задач.