Geofizyka
Geofizyka ( / ˌ dʒ iː oʊ f ɪ z ɪ k s Ziemi / ) jest przedmiotem nauk przyrodniczych zajmujących się procesami fizycznymi i właściwościami fizycznymi i otaczającego ją środowiska kosmicznego oraz wykorzystaniem metod ilościowych do ich analizy. Termin geofizyka klasycznie odnosi się do zastosowań związanych z ziemią stałą: kształt Ziemi ; jego grawitacyjne , magnetyczne i elektromagnetyczne ; jego wewnętrzna struktura i skład ; jego dynamika i ich ekspresja powierzchniowa w tektonice płyt , generowaniu magm , wulkanizmie i formacjach skalnych. Jednak współczesne organizacje geofizyczne i naukowcy zajmujący się czystą dziedziną używają szerszej definicji, która obejmuje obieg wody , w tym śnieg i lód; dynamika płynów oceanów i atmosfery ; elektryczność i magnetyzm w jonosferze i magnetosferze oraz fizyka słoneczno-ziemska ; oraz analogiczne problemy związane z Księżycem i innymi planetami.
Chociaż geofizyka została uznana za odrębną dyscyplinę dopiero w XIX wieku, jej początki sięgają czasów starożytnych. Pierwsze kompasy magnetyczne były wykonane z magnetytów , podczas gdy bardziej nowoczesne kompasy magnetyczne odegrały ważną rolę w historii nawigacji. Pierwszy instrument sejsmiczny powstał w 132 r. n.e. Isaac Newton zastosował swoją teorię mechaniki do pływów i precesji równonocy ; opracowano także instrumenty do pomiaru kształtu, gęstości i pola grawitacyjnego Ziemi, a także składników obiegu wody. W XX wieku opracowano metody geofizyczne umożliwiające zdalną eksplorację stałej Ziemi i oceanów, a geofizyka odegrała zasadniczą rolę w rozwoju teorii tektoniki płyt.
Geofizyka jest stosowana do potrzeb społecznych, takich jak zasoby mineralne , łagodzenie zagrożeń naturalnych i ochrona środowiska . W geofizyce poszukiwawczej dane z badań geofizycznych są wykorzystywane do analizy potencjalnych zbiorników ropy naftowej i złóż mineralnych, lokalizowania wód podziemnych , znajdowania reliktów archeologicznych, określania grubości lodowców i gleb oraz oceny miejsc do rekultywacji środowiska .
Zjawiska fizyczne
Geofizyka jest przedmiotem wysoce interdyscyplinarnym, a geofizycy wnoszą wkład w każdą dziedzinę nauk o Ziemi , a niektórzy geofizycy prowadzą badania w naukach planetarnych . Aby lepiej zrozumieć, czym jest geofizyka, w tej sekcji opisano zjawiska badane w fizyce oraz ich związek z Ziemią i jej otoczeniem.
W tym przedmiocie zasady fizyki są stosowane do badania „wnętrza” Ziemi. W zależności od badanego problemu należy zdecydować, którą metodę należy zastosować. np. do badań wód gruntowych pomocna jest metoda elektryczna. W przypadku złóż mineralnych można zastosować pomiary grawitacyjne i/lub magnetyczne. W przypadku ropy naftowej i gazu ziemnego należy przeprowadzić badania grawitacyjne i magnetyczne, aby uzyskać ogólne pojęcie o strukturze formacji skalnych. Jeżeli pożądana struktura istnieje, w celu szczegółowego zbadania formacji skalnych należy przeprowadzić badania sejsmiczne i/lub magnetoteluryczne. Geofizycy badają również procesy fizyczne i właściwości Ziemi, jej płynne warstwy i pole magnetyczne, a także środowisko bliskie Ziemi w Układzie Słonecznym , które obejmuje inne ciała planetarne.
Powaga
Przyciąganie grawitacyjne Księżyca i Słońca powoduje dwa przypływy i dwa odpływy każdego dnia księżycowego lub co 24 godziny i 50 minut. Dlatego między każdym przypływem a każdym odpływem jest przerwa wynosząca 12 godzin i 25 minut.
Siły grawitacyjne powodują nacisk skał na głębsze skały, zwiększając ich gęstość wraz ze wzrostem głębokości. Pomiary przyspieszenia grawitacyjnego i potencjału grawitacyjnego na powierzchni Ziemi i nad nią mogą być wykorzystane do poszukiwania złóż mineralnych (patrz anomalia grawitacyjna i grawimetria ). Powierzchniowe pole grawitacyjne dostarcza informacji o dynamice płyt tektonicznych . Powierzchnia geopotencjalna zwana geoidą jest jedną z definicji kształtu Ziemi. Geoida byłaby globalnym średnim poziomem morza, gdyby oceany były w równowadze i mogłyby rozciągać się na kontynenty (na przykład bardzo wąskimi kanałami).
Przepływ ciepła
Ziemia się ochładza, a wynikający z tego przepływ ciepła generuje ziemskie pole magnetyczne przez geodynamo i tektonikę płyt poprzez konwekcję płaszcza . Głównymi źródłami ciepła są ciepło pierwotne i radioaktywność , chociaż występują również przemiany fazowe . Ciepło jest przenoszone na powierzchnię głównie przez konwekcję termiczną , chociaż istnieją dwie termiczne warstwy graniczne - granica jądro-płaszcz i litosfera - w których ciepło jest przenoszone przez przewodzenie . Część ciepła jest przenoszona z dna płaszcza przez pióropusze płaszcza . Strumień ciepła na powierzchni Ziemi wynosi około 4,2 × 10 13 W i jest potencjalnym źródłem energii geotermalnej .
Wibracje
Fale sejsmiczne to wibracje, które przechodzą przez wnętrze Ziemi lub wzdłuż jej powierzchni. Cała Ziemia może też oscylować w formach, które nazywane są modami normalnymi lub swobodnymi oscylacjami Ziemi . Ruchy gruntu wywołane falami lub modami normalnymi są mierzone za pomocą sejsmografów . Jeśli fale pochodzą z zlokalizowanego źródła, takiego jak trzęsienie ziemi lub eksplozja, do zlokalizowania źródła można wykorzystać pomiary w więcej niż jednym miejscu. Lokalizacje trzęsień ziemi dostarczają informacji na temat tektoniki płyt i konwekcji płaszcza.
Rejestracja fal sejsmicznych z kontrolowanych źródeł dostarcza informacji o regionie, przez który przechodzą fale. Jeśli zmienia się gęstość lub skład skały, fale są odbijane. Odbicia zarejestrowane za pomocą sejsmologii refleksyjnej mogą dostarczyć wielu informacji na temat struktury ziemi na głębokości do kilku kilometrów i są wykorzystywane do lepszego zrozumienia geologii, a także do poszukiwania ropy i gazu. Zmiany kierunku ruchu, zwane refrakcją , mogą być wykorzystane do wnioskowania o głębokiej strukturze Ziemi .
Trzęsienia ziemi stanowią zagrożenie dla ludzi . Zrozumienie ich mechanizmów, które zależą od rodzaju trzęsienia ziemi (np. wewnątrzpłytowe lub głębokie ognisko ), może prowadzić do lepszych szacunków ryzyka trzęsienia ziemi i ulepszeń w inżynierii sejsmicznej .
Elektryczność
Chociaż zauważamy elektryczność głównie podczas burz , zawsze w pobliżu powierzchni występuje skierowane w dół pole elektryczne, które średnio wynosi 120 woltów na metr. W stosunku do stałej Ziemi atmosfera ma ładunek dodatni netto z powodu bombardowania promieniami kosmicznymi . W obwodzie globalnym płynie prąd o natężeniu około 1800 amperów . Płynie w dół z jonosfery przez większą część Ziemi iz powrotem w górę przez burze. Przepływ objawia się błyskawicami pod chmurami i sprite'ami powyżej.
W badaniach geofizycznych stosuje się różne metody elektryczne. Niektóre mierzą potencjał spontaniczny , potencjał, który powstaje w ziemi z powodu zakłóceń spowodowanych przez człowieka lub naturalne. Prądy telluryczne przepływają przez Ziemię i oceany. Mają dwie przyczyny: indukcję elektromagnetyczną przez zmienne w czasie pole geomagnetyczne pochodzenia zewnętrznego oraz ruch ciał przewodzących (takich jak woda morska) w stałym polu magnetycznym Ziemi. Rozkład gęstości prądu tellurycznego można wykorzystać do wykrywania zmian rezystywności elektrycznej konstrukcji podziemnych. Geofizycy mogą również samodzielnie dostarczać prąd elektryczny (patrz polaryzacja indukowana i tomografia oporności elektrycznej ).
Fale elektromagnetyczne
Fale elektromagnetyczne występują w jonosferze i magnetosferze oraz w zewnętrznym jądrze Ziemi . Uważa się, że refren świtu jest spowodowany przez wysokoenergetyczne elektrony, które zostają uwięzione w pasie promieniowania Van Allena . Whistlery powstają w wyniku uderzenia pioruna . Syk może być generowany przez oba. Fale elektromagnetyczne mogą być również generowane przez trzęsienia ziemi (patrz sejsmo-elektromagnetyka ).
W wysoce przewodzącym ciekłym żelazie zewnętrznego rdzenia pola magnetyczne są generowane przez prądy elektryczne poprzez indukcję elektromagnetyczną. Fale Alfvéna to fale magnetohydrodynamiczne w magnetosferze lub jądrze Ziemi. W jądrze prawdopodobnie mają niewielki zauważalny wpływ na pole magnetyczne Ziemi, ale wolniejsze fale, takie jak magnetyczne fale Rossby'ego , mogą być jednym ze źródeł sekularnej zmienności geomagnetycznej .
Metody elektromagnetyczne stosowane w badaniach geofizycznych obejmują przejściowe zjawiska elektromagnetyczne , magnetotellurics , powierzchniowy jądrowy rezonans magnetyczny i elektromagnetyczne rejestrowanie dna morskiego.
Magnetyzm
Ziemskie pole magnetyczne chroni Ziemię przed śmiercionośnym wiatrem słonecznym i od dawna jest wykorzystywane do nawigacji. Pochodzi z płynnych ruchów rdzenia zewnętrznego. Pole magnetyczne w górnych warstwach atmosfery powoduje powstawanie zórz polarnych .
Pole ziemskie przypomina z grubsza nachylony dipol , ale zmienia się w czasie (zjawisko zwane sekularną zmiennością geomagnetyczną). Przeważnie biegun geomagnetyczny pozostaje w pobliżu bieguna geograficznego , ale w losowych odstępach średnio od 440 000 do około miliona lat, biegunowość pola ziemskiego się odwraca. Te odwrócenia geomagnetyczne , analizowane w skali czasu polaryzacji geomagnetycznej , obejmują 184 interwały polaryzacji w ciągu ostatnich 83 milionów lat, ze zmianami częstotliwości w czasie, przy czym ostatnie krótkie i całkowite odwrócenie zdarzenia Laschamp miało miejsce 41 000 lat temu podczas ostatniego zlodowacenia . Geolodzy zaobserwowali odwrócenie geomagnetyczne zarejestrowane w skałach wulkanicznych poprzez korelację magnetostratygraficzną (patrz naturalne namagnesowanie resztkowe ), a ich sygnaturę można zobaczyć jako równoległe liniowe paski anomalii magnetycznych na dnie morskim. Te paski dostarczają ilościowych informacji na temat rozprzestrzeniania się dna morskiego , będącego częścią tektoniki płyt. Są podstawą magnetostratygrafii , która koreluje odwrócenia magnetyczne z innymi stratygrafiami w celu skonstruowania geologicznych skal czasu. Ponadto namagnesowanie w skałach można wykorzystać do pomiaru ruchu kontynentów.
Radioaktywność
Rozpad promieniotwórczy odpowiada za około 80% wewnętrznego ciepła Ziemi , napędzając geodynamo i tektonikę płyt. Głównymi izotopami wytwarzającymi ciepło są potas-40 , uran-238 , uran-235 i tor-232 . Pierwiastki promieniotwórcze są wykorzystywane do datowania radiometrycznego , podstawowej metody ustalania bezwzględnej skali czasu w geochronologii .
Niestabilne izotopy rozpadają się w przewidywalnym tempie, a tempo rozpadu różnych izotopów obejmuje kilka rzędów wielkości, więc rozpad promieniotwórczy można wykorzystać do dokładnego datowania zarówno ostatnich wydarzeń, jak i wydarzeń z poprzednich epok geologicznych . Mapowanie radiometryczne przy użyciu naziemnej i powietrznej spektrometrii gamma można wykorzystać do mapowania stężenia i dystrybucji radioizotopów w pobliżu powierzchni Ziemi, co jest przydatne do mapowania litologii i zmian.
Dynamika płynów
Ruchy płynów zachodzą w magnetosferze, atmosferze , oceanie, płaszczu i jądrze. Nawet płaszcz, choć ma ogromną lepkość , płynie jak płyn w długich odstępach czasu. Przepływ ten znajduje odzwierciedlenie w zjawiskach takich jak izostazja , odbicie polodowcowe i pióropusze płaszcza . Przepływ płaszcza napędza tektonikę płyt, a przepływ w jądrze Ziemi napędza geodynamo.
Geofizyczna dynamika płynów jest podstawowym narzędziem w oceanografii fizycznej i meteorologii . Obrót Ziemi ma głęboki wpływ na dynamikę płynów na Ziemi, często z powodu efektu Coriolisa . W atmosferze powoduje powstawanie wzorców na dużą skalę, takich jak fale Rossby'ego , i określa podstawowe wzorce cyrkulacji burz. W oceanie napędzają wzorce cyrkulacji na dużą skalę, a także fale Kelvina i spirale Ekmana na powierzchni oceanu. W jądrze Ziemi obieg stopionego żelaza jest zorganizowany przez kolumny Taylora .
Fale i inne zjawiska w magnetosferze można modelować za pomocą magnetohydrodynamiki .
Fizyka minerałów
Należy rozumieć, że fizyczne właściwości minerałów pozwalają wywnioskować skład wnętrza Ziemi na podstawie sejsmologii , gradientu geotermalnego i innych źródeł informacji. Fizycy minerałów badają sprężyste minerałów; ich wysokociśnieniowe diagramy fazowe , temperatury topnienia i równania stanu pod wysokim ciśnieniem; oraz właściwości reologiczne skał lub ich zdolność płynięcia. Deformacja skał przez pełzanie umożliwia płynięcie, chociaż w krótkim czasie skały są kruche. Na lepkość skał wpływa temperatura i ciśnienie, a to z kolei determinuje szybkość poruszania się płyt tektonicznych.
Woda jest bardzo złożoną substancją, a jej unikalne właściwości są niezbędne do życia. Jego właściwości fizyczne kształtują hydrosferę i są istotną częścią obiegu wody i klimatu . Jego właściwości termodynamiczne określają parowanie i gradient termiczny w atmosferze . Wiele rodzajów opadów obejmuje złożoną mieszaninę procesów, takich jak koalescencja , przechłodzenie i przesycenie . Część wytrąconej wody staje się wodami gruntowymi , a przepływ wód podziemnych obejmuje zjawiska takie jak perkolacja , podczas gdy przewodność wody sprawia, że metody elektryczne i elektromagnetyczne są przydatne do śledzenia przepływu wód gruntowych. Fizyczne właściwości wody, takie jak zasolenie , mają duży wpływ na jej ruch w oceanach.
Wiele faz lodu tworzy kriosferę i występuje w postaci pokryw lodowych , lodowców , lodu morskiego , lodu słodkowodnego, śniegu i zamarzniętej ziemi (lub wiecznej zmarzliny ).
Regiony Ziemi
Wielkość i kształt Ziemi
Ziemia jest z grubsza kulista, ale wybrzusza się w kierunku równika , więc ma z grubsza kształt elipsoidy (patrz Elipsoida Ziemi ). To wybrzuszenie jest spowodowane jego obrotem i jest prawie zgodne z Ziemią w hydrostatycznej . Na szczegółowy kształt Ziemi ma jednak również wpływ rozmieszczenie kontynentów i basenów oceanicznych oraz w pewnym stopniu dynamika płyt.
Struktura wnętrza
Dowody z sejsmologii , przepływu ciepła na powierzchni i fizyki minerałów są łączone z masą Ziemi i momentem bezwładności, aby wywnioskować modele wnętrza Ziemi – jego składu, gęstości, temperatury, ciśnienia. Na przykład średni ciężar właściwy Ziemi ( 5,515 ) jest znacznie wyższy niż typowy ciężar właściwy skał na powierzchni ( 2,7–3,3 ), co sugeruje, że głębszy materiał jest gęstszy. Wynika to również z niskiego momentu bezwładności ( 0,33 MR 2 , w porównaniu z 0,4 MR 2 dla kuli o stałej gęstości). Jednak część wzrostu gęstości to kompresja pod wpływem ogromnego ciśnienia wewnątrz Ziemi. Wpływ ciśnienia można obliczyć za pomocą równania Adamsa-Williamsona . Wniosek jest taki, że samo ciśnienie nie może wyjaśnić wzrostu gęstości. Zamiast tego wiemy, że jądro Ziemi składa się ze stopu żelaza i innych minerałów.
Rekonstrukcje fal sejsmicznych w głębokim wnętrzu Ziemi pokazują, że w zewnętrznym jądrze nie ma fal S. Oznacza to, że zewnętrzny rdzeń jest płynny, ponieważ ciecze nie mogą wytrzymać ścinania. Zewnętrzny rdzeń jest płynny, a ruch tego wysoce przewodzącego płynu generuje pole ziemskie. Jądro wewnętrzne Ziemi jest jednak stałe z powodu ogromnego ciśnienia.
Rekonstrukcja odbić sejsmicznych w głębokim wnętrzu wskazuje na pewne poważne nieciągłości w prędkościach sejsmicznych, które wyznaczają główne strefy Ziemi: jądro wewnętrzne , jądro zewnętrzne , płaszcz, litosferę i skorupę . Sam płaszcz dzieli się na płaszcz górny , strefę przejściową, płaszcz dolny i warstwę D′′ . Pomiędzy skorupą a płaszczem znajduje się nieciągłość Mohorovičića .
Model sejsmiczny Ziemi sam w sobie nie determinuje składu warstw. Aby uzyskać pełny model Ziemi, potrzebna jest fizyka minerałów, aby zinterpretować prędkości sejsmiczne pod względem składu. Właściwości minerałów są zależne od temperatury, dlatego też należy określić geotermię . Wymaga to fizycznej teorii przewodnictwa cieplnego i konwekcji oraz wkładu cieplnego pierwiastków promieniotwórczych . Głównym modelem struktury radialnej wnętrza Ziemi jest wstępny referencyjny model Ziemi (PREM). Niektóre części tego modelu zostały zaktualizowane przez najnowsze odkrycia fizyki minerałów (patrz post-perowskit ) i uzupełnione tomografią sejsmiczną . Płaszcz składa się głównie z krzemianów , a granice między warstwami płaszcza są zgodne z przejściami fazowymi.
Płaszcz działa jak ciało stałe dla fal sejsmicznych, ale pod wpływem wysokich ciśnień i temperatur odkształca się tak, że przez miliony lat zachowuje się jak ciecz. To tektonikę płyt .
Magnetosfera
pole magnetyczne planety jest wystarczająco silne, jej oddziaływanie z wiatrem słonecznym tworzy magnetosferę. Wczesne sondy kosmiczne sporządziły mapy ogólnych wymiarów ziemskiego pola magnetycznego, które rozciąga się na około 10 promieni Ziemi w kierunku Słońca. Wiatr słoneczny, strumień naładowanych cząstek, przepływa wokół ziemskiego pola magnetycznego i ciągnie się za ogonem magnetycznym , setki promieni Ziemi w dół. Wewnątrz magnetosfery znajdują się stosunkowo gęste obszary cząstek wiatru słonecznego, zwane pasami promieniowania Van Allena.
Metody
Geodezja
Pomiary geofizyczne są na ogół wykonywane w określonym czasie i miejscu. Dokładne pomiary położenia wraz z deformacją ziemi i grawitacją są domeną geodezji . Chociaż geodezja i geofizyka są odrębnymi dziedzinami, są one tak ściśle ze sobą powiązane, że wiele organizacji naukowych, takich jak Amerykańska Unia Geofizyczna , Kanadyjska Unia Geofizyczna oraz Międzynarodowa Unia Geodezji i Geofizyki, obejmuje obie dziedziny.
Pozycje bezwzględne są najczęściej określane za pomocą globalnego systemu pozycjonowania (GPS). Pozycja trójwymiarowa jest obliczana na podstawie komunikatów z czterech lub więcej widocznych satelitów i odnosi się do Geodezyjnego Systemu Odniesienia z 1980 roku . Alternatywa, astronomia optyczna , łączy współrzędne astronomiczne i lokalny wektor grawitacji, aby uzyskać współrzędne geodezyjne. Ta metoda zapewnia pozycję tylko w dwóch współrzędnych i jest trudniejsza w użyciu niż GPS. Jest jednak przydatny do pomiaru ruchów Ziemi, takich jak nutacja i kołysanie Chandlera . Względne pozycje dwóch lub więcej punktów można określić za pomocą interferometrii o bardzo długiej linii bazowej .
Pomiary grawitacyjne stały się częścią geodezji, ponieważ były potrzebne do powiązania pomiarów na powierzchni Ziemi z referencyjnym układem współrzędnych. Pomiary grawitacji na lądzie można wykonywać za pomocą grawimetrów rozmieszczonych na powierzchni lub w przelotach helikopterów. Od lat 60. XX wieku pole grawitacyjne Ziemi jest mierzone poprzez analizę ruchu satelitów. Poziom mórz może być również mierzony przez satelity przy użyciu wysokościomierza radarowego , co przyczynia się do dokładniejszej geoidy . W 2002 roku NASA rozpoczęła Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), w ramach którego dwa bliźniacze satelity mapują zmiany w polu grawitacyjnym Ziemi, dokonując pomiarów odległości między dwoma satelitami za pomocą GPS i mikrofalowego systemu określania odległości. Zmiany grawitacji wykryte przez GRACE obejmują zmiany spowodowane zmianami prądów oceanicznych; odpływ i wyczerpanie wód gruntowych; topniejące pokrywy lodowe i lodowce.
Satelity i sondy kosmiczne
Satelity w kosmosie umożliwiły zbieranie danych nie tylko z obszaru światła widzialnego, ale także z innych obszarów widma elektromagnetycznego . Planety można scharakteryzować za pomocą pól sił: grawitacji i pól magnetycznych , które są badane przez geofizykę i fizykę kosmosu.
Pomiar zmian przyspieszenia, jakich doświadczają statki kosmiczne podczas orbitowania, umożliwił odwzorowanie drobnych szczegółów pól grawitacyjnych planet . Na przykład w latach 70. zaburzenia pola grawitacyjnego nad marią księżycową mierzono za pomocą orbiterów księżycowych , co doprowadziło do odkrycia koncentracji masy, maskonów , pod basenami Imbrium , Serenitatis , Crisium , Nectaris i Humorum .
Globalne systemy pozycjonowania (GPS) i systemy informacji geograficznej (GIS)
Ponieważ geofizyka zajmuje się kształtem Ziemi, a co za tym idzie mapowaniem cech wokół i na planecie, pomiary geofizyczne obejmują pomiary GPS o wysokiej dokładności. Pomiary te są przetwarzane w celu zwiększenia ich dokładności poprzez różnicowe przetwarzanie GPS . Po przetworzeniu i odwróceniu pomiarów geofizycznych zinterpretowane wyniki są wykreślane przy użyciu GIS. Programy takie jak ArcGIS i Geosoft zostały stworzone, aby sprostać tym potrzebom i zawierają wiele wbudowanych funkcji geofizycznych, takich jak kontynuacja w górę oraz obliczanie pochodnej pomiaru , takiej jak pierwsza pochodna pionowa. Wiele firm zajmujących się geofizyką zaprojektowało własne programy geofizyczne, które są starsze niż ArcGIS i GeoSoft, aby spełnić wymagania dotyczące wizualizacji zbioru danych geofizycznych.
Zdalne wykrywanie
Geofizyka eksploracyjna to geofizyka stosowana, która często wykorzystuje platformy teledetekcji, takie jak; satelity, samoloty, statki, łodzie, łaziki, drony, sprzęt do wykrywania otworów wiertniczych i odbiorniki sejsmiczne. Większość korekt danych zebranych za pomocą metod geofizycznych, takich jak magnetyczne , grawimetryczne , elektromagnetyczne , radiometryczne , radarowe , wysokościomierze laserowe , barometryczne i Lidar , na platformach teledetekcyjnych obejmuje korektę danych geofizycznych zebranych z tej platformy teledetekcyjnej ze względu na skutki tę platformę na danych geofizycznych. Na przykład dane aeromagnetyczne ( magnetyczne zebrane przez samoloty) zebrane za pomocą konwencjonalnych platform stałopłatów muszą zostać skorygowane o elektromagnetyczne prądy wirowe, które powstają, gdy samolot porusza się w polu magnetycznym Ziemi . Istnieją również poprawki związane ze zmianami mierzonego natężenia pola potencjalnego, gdy Ziemia się obraca, gdy Ziemia okrąża Słońce i gdy Księżyc okrąża Ziemię.
Przetwarzanie sygnałów
Pomiary geofizyczne są często rejestrowane jako szeregi czasowe z lokalizacją GPS . Przetwarzanie sygnału obejmuje korekcję danych szeregów czasowych pod kątem niepożądanych szumów lub błędów wprowadzanych przez platformę pomiarową, takich jak drgania samolotu w danych grawitacyjnych. Wiąże się to również z redukcją źródeł szumu, takich jak dobowe korekty danych magnetycznych. W przypadku danych sejsmicznych, danych elektromagnetycznych i danych grawitacyjnych przetwarzanie jest kontynuowane po korekcie błędów w celu uwzględnienia geofizyki obliczeniowej , która skutkuje ostateczną interpretacją danych geofizycznych w geologiczną interpretację pomiarów geofizycznych
Historia
Geofizyka wyłoniła się jako odrębna dyscyplina dopiero w XIX wieku z pogranicza geografii fizycznej , geologii , astronomii , meteorologii i fizyki. Jednak wiele zjawisk geofizycznych – takich jak ziemskie pole magnetyczne i trzęsienia ziemi – badano od czasów starożytnych .
Epoki starożytne i klasyczne
Kompas magnetyczny istniał w Chinach już w IV wieku pne. Był używany zarówno do feng shui, jak i do nawigacji na lądzie. Dopiero gdy udało się wykuć dobre stalowe igły, zaczęto używać kompasów do nawigacji na morzu; wcześniej nie mogły zachować swojego magnetyzmu wystarczająco długo, aby były przydatne. Pierwsza wzmianka o kompasie w Europie pochodzi z 1190 r.
Około 240 rpne Eratostenes z Cyreny wywnioskował, że Ziemia jest okrągła i z wielką precyzją zmierzył obwód Ziemi . Opracował system szerokości i długości geograficznej .
Być może najwcześniejszym wkładem w sejsmologię było wynalezienie sejsmoskopu przez płodnego wynalazcę Zhang Henga w 132 rne. Instrument ten został zaprojektowany do upuszczania brązowej kuli z paszczy smoka do paszczy ropuchy. Patrząc na to, która z ośmiu ropuch miała piłkę, można było określić kierunek trzęsienia ziemi. Minęło 1571 lat, zanim pierwszy projekt sejsmoskopu został opublikowany w Europie przez Jeana de la Hautefeuille . Nigdy nie został zbudowany.
Początki nauki nowożytnej
Jedną z publikacji, która zapoczątkowała współczesną naukę, była De Magnete Williama Gilberta ( 1600), raport z serii skrupulatnych eksperymentów z magnetyzmem. Gilbert wywnioskował, że kompasy wskazują północ, ponieważ sama Ziemia jest magnetyczna.
W 1687 roku Isaac Newton opublikował swoje Principia , które nie tylko położyły podwaliny pod mechanikę klasyczną i grawitację , ale także wyjaśniły różnorodne zjawiska geofizyczne, takie jak pływy i precesja równonocy.
Pierwszy sejsmometr , instrument zdolny do ciągłego rejestrowania aktywności sejsmicznej, został zbudowany przez Jamesa Forbesa w 1844 roku.
Zobacz też
- Międzynarodowa Unia Geodezji i Geofizyki (IUGG)
- Nauka o systemach Ziemi - Naukowe badanie sfer Ziemi i ich naturalnych zintegrowanych systemów
- Lista geofizyków - Znani geofizycy
- Zarys geofizyki – Zagadnienia z fizyki Ziemi i okolic
- Geodynamika – nauka o dynamice Ziemi
- Planetary science - Nauka o planetach i układach planetarnych
- Inżynieria geologiczna
- Fizyka
- Nauki o Ziemi
- Geodezja
Notatki
- Amerykańska Unia Geofizyczna (2011). „Nasza nauka” . O AGU . Źródło 30 września 2011 r .
- „O IUGG” . 2011 . Źródło 30 września 2011 r .
- „AGUs Cryosphere Focus Group” . 2011. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 16 listopada 2011 r . Źródło 30 września 2011 r .
- Bozorgnia, Yousef; Bertero, Vitelmo V. (2004). Inżynieria trzęsień ziemi: od sejsmologii inżynierskiej do inżynierii opartej na wydajności . CRC Naciśnij . ISBN 978-0-8493-1439-1 .
- Chemin, Jean-Yves; Desjardins, Benoit; Gallagher, Isabelle ; Grenier, Emmanuel (2006). Geofizyka matematyczna: wprowadzenie do płynów wirujących i równań Naviera-Stokesa . Seria wykładów z Oxfordu z matematyki i jej zastosowań. Oxford University Press . ISBN 0-19-857133-X .
- Davies, Geoffrey F. (2001). Dynamiczna ziemia: płyty, pióropusze i konwekcja płaszcza . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge . ISBN 0-521-59067-1 .
- Dewey, James; Byerly, Perry (1969). „Wczesna historia sejsmometrii (do 1900 r.)” . Biuletyn Amerykańskiego Towarzystwa Sejsmologicznego . 59 (1): 183–227. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 23 listopada 2011 r.
- Agencja mapowania obrony (1984) [1959]. Geodezja dla laika (raport techniczny). Narodowa Agencja Wywiadu Geoprzestrzennego. TR 80-003 . Źródło 30 września 2011 r .
- Eratostenes (2010). „Geografia” Eratostenesa . Fragmenty zebrane i przetłumaczone, z komentarzem i dodatkowymi materiałami autorstwa Duane'a W. Rollera. Wydawnictwo Uniwersytetu Princeton . ISBN 978-0-691-14267-8 .
- Fowler, CMR (2005). Solid Earth: wprowadzenie do globalnej geofizyki (wyd. 2). Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge . ISBN 0-521-89307-0 .
- „GRACE: Odzyskiwanie grawitacji i eksperyment klimatyczny” . University of Texas w Austin Center for Space Research . 2011 . Źródło 30 września 2011 r .
- Hardy, Shaun J.; Goodman, Roy E. (2005). „Zasoby internetowe w historii geofizyki” . Amerykańska Unia Geofizyczna . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 27 kwietnia 2013 r . Źródło 30 września 2011 r .
- Harrison, RG; Carsław, KS (2003). „Procesy jonowo-aerozolowo-chmurowe w niższych warstwach atmosfery”. Recenzje geofizyki . 41 (3): 1012. Bibcode : 2003RvGeo..41.1012H . doi : 10.1029/2002RG000114 . S2CID 123305218 .
- Kivelson, Margaret G.; Russell, Christopher T. (1995). Wprowadzenie do fizyki kosmicznej . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge . ISBN 978-0-521-45714-9 .
- Lanzerotti, Louis J.; Gregori, Giovanni P. (1986). „Prądy telluryczne: środowisko naturalne i interakcje z systemami stworzonymi przez człowieka” . W Komitecie Studiów Geofizyki; Forum Badań Geofizycznych; Komisja Nauk Fizycznych, Matematyki i Zasobów; Narodowa Rada ds. Badań (red.). Środowisko elektryczne Ziemi . Środowisko elektryczne Ziemi. Prasa Narodowej Akademii . s. 232–258. ISBN 0-309-03680-1 .
- Lowrie, William (2004). Podstawy geofizyki . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge . ISBN 0-521-46164-2 .
- Merrill, Ronald T.; McElhinny, Michael W.; McFadden, Phillip L. (1998). Pole magnetyczne Ziemi: paleomagnetyzm, rdzeń i głęboki płaszcz . Międzynarodowa seria geofizyczna. Tom. 63. Prasa akademicka . ISBN 978-0124912458 .
- Muller, Paweł; Sjogrena, Williama (1968). „Mascons: koncentracje mas księżycowych”. nauka . 161 (3842): 680–684. Bibcode : 1968Sci...161..680M . doi : 10.1126/science.161.3842.680 . PMID 17801458 . S2CID 40110502 .
- Narodowa Rada ds. Badań (USA). Komisja Geodezji (1985). Geodezja: spojrzenie w przyszłość (PDF) (raport). Akademie Narodowe .
- Newton, Izaak (1999). Principia, Matematyczne zasady filozofii przyrody . Nowe tłumaczenie autorstwa I Bernarda Cohena i Anne Whitman, poprzedzone „A Guide to Newton's Principia” autorstwa I Bernarda Cohena. Wydawnictwo Uniwersytetu Kalifornijskiego . ISBN 978-0-520-08816-0 .
- Opdyke, Neil D.; Channell, James T. (1996). Stratygrafia magnetyczna . Prasa akademicka . ISBN 0-12-527470-X .
- Pedlosky, Józef (1987). Geofizyczna dynamika płynów (wyd. Drugie). Springer-Verlag . ISBN 0-387-96387-1 .
- Poirier, Jean-Paul (2000). Wprowadzenie do fizyki wnętrza Ziemi . Cambridge Topics z fizyki i chemii minerałów. Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge . ISBN 0-521-66313-X .
- Pollack, Henry N.; Hurter, Suzanne J.; Johnson, Jeffrey R. (1993). „Przepływ ciepła z wnętrza Ziemi: analiza globalnego zestawu danych”. Recenzje geofizyki . 31 (3): 267–280. Bibcode : 1993RvGeo..31..267P . doi : 10.1029/93RG01249 .
- Renne, PR; Ludwig KR; Karner, DB (2000). „Postęp i wyzwania w geochronologii”. Postęp nauki . 83 : 107–121. PMID 10800377 .
- Reynolds, John M. (2011). Wprowadzenie do geofizyki stosowanej i środowiskowej . Wileya-Blackwella . ISBN 978-0-471-48535-3 .
- Richards, MA; Duncan, RA; Courtillot, VE (1989). „Bazalty powodziowe i ślady gorących punktów: głowy i ogony pióropuszy”. nauka . 246 (4926): 103–107. Bibcode : 1989Sci...246..103R . doi : 10.1126/science.246.4926.103 . PMID 17837768 . S2CID 9147772 .
- Ross, DA (1995). Wprowadzenie do oceanografii . HarperCollins . ISBN 0-13-491408-2 .
- Sadawa, Dawid; Heller, H. Craig; Hillis, David M.; Berenbaum, maj (2009). Życie: nauka o biologii . Macmillan . ISBN 978-1-4292-1962-4 .
- Sanders, Robert (10 grudnia 2003). „Radioaktywny potas może być głównym źródłem ciepła w jądrze Ziemi” . Wiadomości z UC Berkeley . Źródło 28 lutego 2007 .
- Sirvatka, Paweł (2003). „Fizyka chmur: zderzenie / koalescencja; proces Bergeron” . Kolegium DuPage . Źródło 31 sierpnia 2011 r .
- Szeryf Robert E. (1991). „Geofizyka” . Encyklopedyczny słownik geofizyki eksploracyjnej (wyd. 3). Towarzystwo Eksploracji. ISBN 978-1-56080-018-7 .
- Stein, Seth; Wysession, Michael (2003). Wprowadzenie do sejsmologii, trzęsień ziemi i struktury ziemi . Wileya-Blackwella . ISBN 0-86542-078-5 .
- Telford, William Murray; Geldart, LP; Szeryf Robert E. (1990). Geofizyka stosowana . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge . ISBN 978-0-521-33938-4 .
- Świątynia, Robert (2006). Geniusz Chin . Andrzej Deutsch . ISBN 0-671-62028-2 .
- Torge, W. (2001). Geodezja (wyd. 3). Waltera de Gruytera . ISBN 0-89925-680-5 .
- Turcotte, Donald Lawson; Schubert, Gerald (2002). Geodynamika (wyd. 2). Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge . ISBN 0-521-66624-4 .
- Verhoogen, John (1980). Energetyka Ziemi . Prasa Narodowej Akademii . ISBN 978-0-309-03076-2 .
Linki zewnętrzne
- Podręcznik referencyjny dotyczący technik i zastosowań geofizyki bliskiej powierzchni
- Komisja ds. Ryzyka Geofizycznego i Zrównoważonego Rozwoju (GeoRisk), Międzynarodowa Unia Geodezji i Geofizyki (IUGG)
- Badanie głębokiego wnętrza Ziemi, Komitet IUGG
- Komisje Unii (IUGG)
- Program geomagnetyzmu USGS
- Skrzynia kariery: Procesor sejsmiczny
- Towarzystwo Geofizyków Eksploracyjnych
| Przegląd | |
|---|---|
| Podpola | |
| Zjawiska fizyczne |
|
| Pokrewne dyscypliny | |
| Przeglądy |  |
|
|---|---|---|
| Historia geologii | ||
| Skład i struktura | ||
| Geologia historyczna | ||
| Ruch | ||
| Woda | ||
| Geodezja | ||
| Geofizyka | ||
| Aplikacje | ||
| Zawody | ||
| Przegląd | |
|---|---|
| Podpola | |
| Zjawiska fizyczne |
|
| Pokrewne dyscypliny | |
| Atmosfera |  |
|
|---|---|---|
| Klimat | ||
| Kontynenty | ||
| Kultura i społeczeństwo | ||
| Środowisko | ||
| Geodezja | ||
| Geofizyka | ||
| Geologia | ||
| Oceany | ||
| Nauka planetarna | ||
| Ogólny | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Elektromagnetyzm |
|
||||
| Źródła | |||||
| Aplikacje | |||||
| Ludzie | |||||
| Biblioteki Narodowe | |
|---|---|
| Inny | |
