Предмет и задачи геофизики. Основные геофизические понятия и определения.

1. Место геофизики среди наук о Земле.Геофизика (от греч. ge–Земля и phisis–природа)– наука о строении, физических свойствах и процессах, про­исходящих в твердой, жидкой и газообразной оболочках-Земли. Цель геофизических исследований состоит в получении наиболее достоверных сведений о строении недр земли, ее водной и воздушных оболочек, в изучении происхождения и развития нашей планеты.

Объектом исследований геофизики является земной шар в целом с его твердой оболочкой, морями и океанами, поверхностными и подземными водами, атмосферой и ближним космосом.

Геофизика в настоящее время подразде­ляется на три крупных обособившихся раздела – физику твердой Земли, или физику твердого тела Земли, физику гидросферы, или гидрофизику, и физику атмосферы, и ближнего космоса.

Физика твердого тела Земли изучает механизм происхождения и развития Земли в целом и отдельных геосфер, а также ее возраст, состав, внутреннее строение и физические свойства земной коры, мантии и ядра и происходящие в них физи­ческие. химические и механические процессы. Физика Земли исследует также процессы и явления, возникающие вследствие взаимодействия между Землей и планетами Солнечной системы. В настоящее время решением этих задач занимается целый ряд наук геофизического цикла гравиметрия–учение о силе тяжести и методах ее измерения, сей­смология и сейсмометрия – соответственно учения о земле­трясениях и методах их регистрации; геотермика–учение о тепловых процессах, происходящих на земном шаре, и об энергетике недр нашей планеты; геомагнетизм–учение о магнитном поле Земли, его происхождении, напряженности и вариациях земного магнетизма; геоэлектрика–учение об электрическом поле Земли, распределении и механизме элек­тропроводности в ее недрах; радиометрия – наука, изучаю­щая естественные радиоактивные процессы, которые происходят в недрах Земли.

Разведочная геофизика базируется на изучении естественных и искусственно создаваемых физических полей Земли. В последние годы в рамках этой науки стала интенсивно развиваться техногенная геофизика, занимающаяся методами мониторинга, т. е. системой изучения, слежения и контроля за состоянием среды в результате деятельности человека (в том числе кон­троля загрязнения и экологической охраны подземные вод и геологической среды).

Физика гидросферы (гидрофизика) изучает физические свойства воды во всех трех ее агрегатных состояниях и процессы, происходящие в гидросфере. При­менительно к конкретным формам скопления воды гидро­физика подразделяется на физику вод суши и физику моря. Задачей физики вод суши является исследование физических процессов: испарения в природных условиях; нагpeвания и охлаждения водоемов, образования, нарастания и исчезновения льда; формирования и таяния снежное покрова и др. Физика моря изучает в основном физические, химические, геологические и биологические процессы, проте­кающие в океанах и морях, закономерности возникновения и развития волн и течений, распространения тепла, звука и света в морской воде, взаимодействия океана и атмосферы и т. д.

Физика атмосферы и ближнего космоса в недавнем пpoшлом разделилась на две части – метеорологию и аэрономию. В последние десятилетия наме­тилось деление физики атмосферы на такие самостоятельные научные дисциплины, как динамика атмосферы, физика по­граничного слоя, физика облаков и осадков, учение о лучис­той энергии Солнца и Земли (актинометрия), атмосферная оптика, атмосферное электричество и спутниковая метеорология.

2. Основные геофизические понятия и определения. Физическое поле–это конкретная форма существова­ния материи, связывающая элементарные частицы вещества друг с другом в единые системы и перемещающие с конечной скоростью действие одних частиц на другие (т. е. осущест­вляющие взаимодействие этих частиц).

По происхождению геофизические поля разделяются на естественные и искусственные. К естественным полям относятся гравитационное, геомагнитное, электрическое, сейсмическое (возникшее в резуль­тате упругих колебаний при землетрясениях), термическое и поле естественных ядерных излучений. Искусственное поле возбуждается по заданию экспериментатора.

Геофизический параметр – это величина, значения которой служат для различия элементов геофизических по­лей. Напряженность геофизического поля – это основная ха­рактеристика геофизических полей, определяющая силу, с которой они действуют на единичный источник (электричес­кий заряд, массу, энергию). Напряженность поля – величина векторная, направленная в сторону действия силы. Если си­ла ориентирована по радиусу от источника, то напряжен­ность считается положительной, а если к источнику – отри­цательной. Напряженность электрического поля, например, выражается в вольтах на метр (В/м), магнитного – в ам­перах на метр (А/м), гравитационного – м/с² и т. д.

Геофизическое явление – это определенный физический процесс, сопровождающийся резким (качественным) измене­нием состояния геофизических полей или отдельных их сторон.

3. Методы геофизических исследованийпо месту проведения подразделяются на воздушные, аэрокосмические, наземные, морские и подземные; по видам физических полей и изучаемым физи­ческим свойствам – на гравиметрические, сейсмические, маг­нитные, ядерно-физические, термические и др.; по способу изучения и передачи информации – на дистанционные и не­посредственного измерения на месте.

Метод прямого зондирования позволяет определять ин­тересуемый параметр путем непосредственных инструмен­тальных измерений.

Косвенное зондирование основано на изучении геофи­зических явлений и полей, связанных с физическим состоя­нием, химическим составом и структурой внутренних слоев геосфер. Применяют его обычно там, где по тем или иным причинам использование прямых методов измерений невозможно. Выделяют шесть методов кос­венного зондирования земных недр: сейсмический, грави­метрический, магнитометрический, электромагнитный, радио­активный и тепловой.

Комплексное зондирование геосфер из космического пространства – новый перспективный метод изучения Земли, с помощью которого получают сведения о строении, составе, динамике и ритмике геосфер, а также об их взаимодействии.