Введение в геофизику. Гравитационное и магнитное поля
· Комплексная цель
Получение слушателями системы знаний о геофизике, как науке, занимающейся фундаментальными и прикладными исследованиями Земли, ее гравитационным и магнитным полями для возможной дальнейшей работы в государственных и коммерческих структурах при проведении научно-исследовательских и производственных работ, геологического, географического и геоэкологического профиля.
· Содержание модуля.
Тема: Введение в геофизику. Предмет физики Земли. Геофизические поля
Геофизика – учение о физических явлениях на Земле. Предмет геофизики – изучение оболочек Земли, к которым относятся:
- Литосфера, представленная твердыми геологическими образованиями (магматические, метаморфические и осадочные породы);
- Гидросфера – воды океанов, морей, рек, озер и других поверхностных источников и подземные воды;
- Атмосфера – воздушная оболочка.
В понятие входит исследование, и анализ различных физических полей и явлений с помощью специальных приборов и устройств. Методика и техника изучения физических полей составляет геофизические методы и технологии. Существуют геофизические методы исследований, предназначенных для наблюдений в атмосфере, на земной поверхности, в скважинах и шахтах, на поверхности и в глубине водоёмов.
Созданы разделы геофизики, связанные с промышленной деятельностью человека: разведка и добыча полезных ископаемых, освоение морей, климатология и пр.
Специальное направление геофизики – изучение внутреннего строения Земли, её взаимоотношение с окружающими космическими телами, история развития.
Геофизика зародилась и развивалась в 19 и 20 столетиях на базе физики, геологии и астрономии. Она тесно связана с геодезией, геохимией, а в части методов и технологий геофизических наблюдений с радиотехникой – радиоэлектроникой. Для проведения расчётов и решения теоретических задач необходимы знания математического аппарата, включая математическую физику.
Связь геофизики с другими естественными науками можно отобразить схемой:
Физика | Астрономия |
Математика | География | |||
Геофизика | ||||
Электроника | Геология | |||
Автоматика | Геохимия |
Наибольший интерес для геофизики представляет литосфера, которая изучается общей геофизикой, называемой физикой Земли и разведочной геофизикой.
Физика Земли изучает твёрдую оболочку в целом, её внутреннее строение и развитие.
Разведочная геофизика имеет своей основной целью поиски и разведку полезных ископаемых и решение инженерно-геологических, археологических, экологических и др. задач.
Гидросфера и атмосфера изучаются в основном методами общей геофизики. Её связь с науками, относящимися к изучению гидросферы и атмосферы можно отобразить схематически:
Общая геофизика |
Гидросфера Атмосфера
Физика земли
Океанология, лимнология, гидрология, гляциология | Физические, химические, механические процессы в коре, мантии и ядре | Аэрономия, литология, климатология |
В геофизике изучаются физические поля:
· гравитационное поле;
· магнитное поле;
· электроволновое (электромагнитное) поле;
· сейсмоволновое (поле упругих колебаний или сейсмоакустическое);
· тепловое поле;
· радиационное поле;
В соответствии с этим, разделы общей и разведочной геофизики носят название гравиметрия – гравиразведка, геоэлектрика – электроразведка и т. д.
Физическое поле – это материальная среда, где взаимодействие элементарных частиц, обусловлено тем или иным физическим явлением или их совокупностью. Например, радиоактивный распад, приводящий к существованию радиационного и частично теплового полей, или взаимодействие гравитационных и магнитных тел, приводящих к возникновению гравитационных и магнитных полей.
Основная особенность физических полей – это их деформация под действием тех или иных материальных объектов, в частности геологических тел.
Физические поля применительно к геофизике называют геофизическими полями. Они характеризуются параметрами (физическими величинами). Последние определяются инструментально, т. е. с помощью приборов.
Этих параметров в основном два: потенциал (U) и напряжённость (E).
Потенциал поля – выражается в его концентрации в той или иной точке изучаемой среды, т. е. это энергия, обусловленная работой по перенесению точечного источника из бесконечности, где поле равно 0 в заданную точку среды.
Напряжённость поля – первая производная его потенциала, т. е. градиент нарастания или наоборот разрежения физического явления.
E = - grad U ,
где Е – напряжённость, а U – потенциал геофизического поля.
Материальные объекты, взаимодействие которых приводит к существованию геофизических полей, характеризуются физическими показателями (или физическими свойствами). Это плотность, электропроводность, магнитная восприимчивость и др.
Физические свойства выражаются в их способности создавать геофизические поля. Основные свойства следующие:
Плотность( ) -показатель, характеризующий соотношение массы и занимаемой ею объема. Единица измерения г/см3 или кг/м2. Используется в гравиметрии.
Магнитная восприимчивость (κ) –показатель, характеризующий способность природных объектов намагничиваться под действием магнитного поля. Единица измерения 10-5 ед. СИ. Используется в магнитометрии.
Удельная электропроводность (σэ) – показатель, характеризующий способность природных объектов проводить электрический ток. Единица измерения Сим/м. Используется в электрометрии.
Скорость распространения упругих волн (V) – показатель, характеризующий способность природных объектов передавать упругие деформации под действием механических воздействий (напряжений). Единица измерения м/сек. Используется в сейсмометрии.
Естественная радиоактивность (Y ) – показатель, характеризующий способность природных объектов излучать и частицы, приводящие к радиоактивному распаду. Единица измерения Беккерель (Бк) – 1 распад в сек. Используется в радиометрии.
Теплопроводность ( ) - показатель, характеризующий способность природных объектов проводить тепло, т. е. направленный процесс распространения теплоты от более нагретых к менее нагретым объектам и приводящий к выравниванию температуры среды. Единица измерения Вт/м*К. Используется в геотермии.
По происхождению геофизические поля разделяются на естественные и искусственные. Естественные поля существуют, не зависимо от человеческой деятельности, а искусственные возбуждаются по заданию экспериментатора.
В общей геофизике в основном изучаются естественные поля. В разведочной геофизике, относящейся к геологической разведке, а также инженерной геофизике, геофизике ландшафта, экологической геофизике наряду с естественными в большей мере изучаются искусственные (наведенные) поля.
Методы общей и разведочной геофизики основаны на единых геофизических полях, но разнятся вследствие разных задач и предмета исследований.
Науки геофизического цикла в соответствии с исползуемыми полями приведены в таблице 1.
Таблица 1
Дата добавления: 2015-06-27; просмотров: 2067;