Тема 1.1. История развития науки

Геофизические исследования начались, главным образом, в 17-18 веке. Они связаны с именами крупнейших ученых: И. Ньютоном (теория океанических приливов и отливов), французами А.Клеро, П. Лапласом, русским математи­ком Л. Эйлером и др. (внутреннее строение Земли, силы тяжести и др. вопросы), М.В. Ломоносовым (связь силы тяжести с внутренним строением Земли, атмосферное электричество и др.), англичанами Дж. Гильберт, Галлеем (маг­нитное поле).

Длительное время эти исследования развивались в недрах астрономии, фи­зики, математики и др. наук. Только в середине 19в. геофизика определилась как самостоятельная наука, так как к этому времени накопилась обширная база геофизических наблюдений.

В это время начались активные исследования сейсмических процессов, крупный вклад в которые внёс русский академик Б.Б. Голицын.

Огромное значение в понимании геофизических, географических и др. процессов внесла гипотеза тектоники материковых плит, предложенная немецким геофизиком Вегенером согласно которой материки как бы плавают нам полурасплавленном основании Земли, которое находится на глубине от нескольких десятков до нескольких сот км.

Важную роль в изучении тепловых процессов внутри Земли сыграли результаты исследований в области радиоактивности (П. и М. Кюри, Резерфорд, Вернадский и др.), которые позволили отказаться от ошибочного мнения о внутреннем тепле Земли и её возрасте.

Современный период развития геофизики характеризуется интенсивным международным сотрудничеством и внедрением эффективных методов исследований. С помощью космической техники получены новые данные о структуре геофизических полей, радиоактивных поясах, о физике атмосферы и других геооболочках. Всё это позволило продвинуть уровень знаний о физике Земли, широко использовать их для решения практических задач. Особенно перспективны аспекты геофизики при разведке полезных ископа­емых, ресурсов океана, урожайности сельско-хозяйственных культур и т. д.

Исследования формы Земли начались в глубокой древности, т.е. до новой эры. Первоначально считалось что Земля плоская (греки - диск омываемый океаном, русские - лепешка лежащая на китах, индусы - поверхность Земли покоится на слонах или черепахи).

Однако, по мере накопления фактов мнения по этому вопросу изменялись. Уже Пифагор высказывал мнения о шарообразности Земли, а другой древнегреческий ученый Аристотель в 4 веке до н. э. впервые обратил внимание на то, что при лунных затмениях тень от Земли круглая.

Ученик Аристотеля Дикеарх, александрийский ученый Эратосфэн, француз Фернель, голландец Снеллицеум - все они разными методами доказали, что Земля не плоская, а шарообразная и определили её размеры.

В 17 веке Ньютон и Гюйгенс высказали предположение, что Земля не идеальный шар, а сфероид или эллипсоид вращения. На самом же деле форма Земли не сфероид, более близкая модель — геоид. Сейчас установлено, что северный полюс Земли выше южного на 30м. (кардиоид).

Земля — одна из девяти планет солнечной системы. Солнце — рядовая звезда галактики вокруг которой вращается Земля. Галактика или система Млечного пути входит во Вселенную — пространство, включающее в себя бесчисленное множество звездных миров. Положение Земли в Солнечной системе определил Коперник (гелиоцентрическая система мира). Земля и другие планеты Солнечной системы движутся вокруг солнца по эллиптическим орбитам, плоскости которых практически совпадают.

Геофизические методы, которыми изучают внутреннее строение Земли основаны на физических ее свойствах: распространение упругих колебаний, гравитационного поля, магнитного поля, электропроводности и теплового режима.

Это следующие методы:

- сейсмология, сейсморазведка;

- гравиметрия;

- магнитометрия;

- электрометрия;

- тепловая съемка

Изучение внутреннего строения Земли и планет и их эволюции является одной из центральной задач современной науки. Водная и воздушная оболочки нашей планеты, как и твердая кора, являются вторичными продуктами развития Земли: все они выделились из недр нашей планеты на протяжении геологической истории. Поэтому, чтобы лучше понять, как устроены эти три наружные оболочки Земли, ученые изучают строение земных недр. Весь вопрос, грубо говоря, разбивается на два. Первый, более простой, - это собственно вопрос, как устроена Земля в настоящее время; второй, более сложный - как была устроена Земля раньше и какие изменения она претерпела за время своего существования (4,6 миллиарда лет).

Важнейшей чертой геофизики- науки, использующей физические методы для изучения Земли, - является то, что по необходимости большой объем работы приходится на теоретические методы, так как непосредственное проникновение в недра Земли невозможно.

Нельзя, конечно, думать, что геофизика — чисто теоретическая наука. Нет, геофизика как отрасль естествознания основана на экспериментальных геофизических данных, но все эти данные косвенные. Только теоретический анализ геофизических данных позволяет судить о тех или иных свойствах земных недр.

Само геофизическое исследование намного сложнее чисто физического. В геофизике большей частью эксперимент ставит сама природа. Так, сейсмические волны возникают при землетрясениях, а электромагнитные зондирования связаны с электромагнитными бурями в верхней атмосфере. Таким образом, геофизик должен дождаться события (землетрясения или электромагнитной бури), изучить сигнал, проанализировать, сделать выводы. Этим и объясняется сложность геофизического эксперимента.

Возникает вопрос: а почему бы в геофизике не поставить такой же планомерный эксперимент как в физике? Действительно. В качестве сейсмических волн используем искусственный взрыв, расположим его в интересующем нас районе и разместим регистрирующую аппаратуру. Так и поступают в сейсмической разведке полезных ископаемых, особенно в разведке нефти.

Эти же идеи лежали в основе творчества академика Григория Александровича Гамбурцева (1903 - 1955), который стремился перейти от природного эксперимента к искусственному опыту. Он предложил и развил метод зондирования наружных слоев Земли с помощью сейсмических волн, генерируемых большими зарядами взрывчатых веществ (ГСЗ - глубинное сейсмическое зондирование), он также решил просвечивать очаговые зоны землетрясений с помощью искусственных взрывов с тем, чтобы выявить возможное изменение свойств этих зон и на этой основе предсказывать землетрясения. Гамбурцев предложил рассмотреть вопрос о разработке механических источников возбуждения сейсмических волн (вибросейс). Все эти три начинания сейчас получили широкое развитие. По мере роста энергопотенциала нашей цивилизации мы сможем перейти к глобальному искусственному эксперименту в геофизике. Пока же искусственный эксперимент позволяет изучать только наружную кромку Земли. Энергия, выделяемая при землетрясениях, во много тысяч раз превосходит энергию искусственных взрывов (в том числе и ядерных) и позволяет прозондировать всю Землю в целом.

В связи со сложностью геофизического поиска ученые стремятся использовать все возможности, чтобы получить информацию о земных недрах. Поэтому геофизическое исследование всегда комплексное, т. е. ведется одновременно различными методами.