Геофизика

Сунце утиче на генерисање електричних струјања у јоносфери

Геофизика (грч. γή = Земља, грч. φυσικά = својство, природа) је научна дисциплина која проучава физичка својства Земљине унутрашњости. Геофизика проучава физичка поља Земље (гравитационо, магнетно, електрично) и њихову међусобну интеракцију, као и физичка својства која условљавају кретање сеизмичких таласа, кретање електричне струје, формирање магнетно-телурског поља, итд. Примењена геофизика је научна дисциплина која проучава састав и структурну грађу земљине коре ради проналажења разних минералних сировина као што су лежишта нафте, угља, термалне воде идр.

Геофизичари се баве испитивањем природних феномена и њихове повезаности у земљиној унутрашњости. Ти природни феномени су: земљино магнетско поље, топлотна кретања, ширење сеизмичких таласа и гравитационе силе.

Шире схваћена, геофизика подразумева и студију космичких феномена који утичу на појаве на Земљи — космичко зрачење и сунчеву радијацију ( сунчев ветар).

Зависно од тога које се физичко поље изучава постоје следеће геофизичке методе:

• сеизмичке
• геоелектричне
• геомагнетска
• гравиметријска
• радиоактивна
• геотермална и др.

Историјат

Прва сазнања о магнетизму су стечена још у 7. веку пре нове ере. Вилијам Џилберт 1600. године, у својој књизи De Magnete, повезује узроке магнетизма са Земљом. Први научник, који је математички доказао да је извор Земљиног магнетског поља у унутрашњости Земље, био је Карл Фридрих Гаус. Он је извео формуле, на основу којих је могуће израчунати све компоненте магнетског поља Земље, на било којој тачки Земљине површи.

Године 1672, француски астроном Жан Рише је дошао до открића да постоје различите јачине силе Земљине теже зависно од места на земљиној површини. Француски научник Пјер Буге је успоставио многе основне гравиметријске релације, везане за промену гравитационог убрзања са надморском висином и географском ширином. Хенри Кевендиш је први употребио торзиону вагу да би утврдио силу привлачења између две масе. Гравиметријске методе почињу да се употребљавају за истраживање нафте већ 1914. године. Гравиметрија је прва геофизичка метода која је успешно примењена у истраживању лежишта нафте.

Прва научна сазнања о земљотресима почивају на геофизичким мерењима.

Гравиметрија

Гравиметрија је дисциплина геофизике која се бави проблемом мерења и одређивања величина везаних за гравитационо поље Земље. Ово мерење односи се на убрзања Земљине теже или разлике тог убрзања, хоризонталне градијенте убрзања Земљине теже (његове промене на јединицу дужине у хоризонталној равни) и величине које одређују закривљеност еквипотенцијалне површи силе Земљине теже.

Методе мерења убрзања Земљине теже деле се на динамичке и статичке; прве за одређивање те величине користе кретања која се врше под дејством силе теже (осцилације клатна, слободан пад); друге се заснивају на посматрању равнотеже између силе теже и неке еластичне силе, при чему се користе гравиметри. Сама мерења могу да буду апсолутна и релативна - прва дају убрзање теже на једној тачки (на основу одређивања периоде клатна), помоћу других се, у данашње време, добија разлика убрзања теже помоћу две тачке (на основу мерења гравиметром).

Геомагнетизам

Геомагнетизам је област геофизике, чији је предмет проучавање геомагнетског поља и феномена који су у узрочној вези са њим. Обухвата проучавање процеса магнетизације стена под дејством геомагнетског поља, као и стабилност таквих врста магнетизације.

Основу савременом проучавању геомагнетских феномена поставио је Фридрих Гаус, који је и доказао да се геомагнетско поље може приказати полиномом, чији чланови представљају поља фиктивних дипола или мултиполова.

Проучавања у домену геомагнетизма врше се терестричким, аеромагнетским или сателитским мерењима елемената/компонената геомагнетског поља, на основу којих се израђују геомагнетске карте, док се транзитни феномени региструју на геомагнетским опсерваторијама и секуларним станицама. Узајамна веза геомагнетских феномена и активности Сунца проучава се у домену магнетотелурских и јоносферских проучавања. Упознавање карактера геомагнетског поља у блиској историјској прошлости предмет је археомагнетских проучавања, док се у области палеомагнетизма врше проучавања о његовом карактеру у току геолошке историје.

Развој проучавања у домену геомагнетизма довео је до разраде методолошких поступака намењених истраживањима магнетичних тела и проналажењу геолошких структура применом метода геомагнетских испитивања, као дисциплине примењене геофизике.

Геоелектрика

Геоелектричне методе заснивају се на мерењу потенцијала електричног поља Земље, било природног, било вештачки изазваног, и тумачењем мерених вредности разликама у отпорности делова полупростора, самим тим и разликама у геолошкој грађи полупростора.

Поступци, који се примењују у геоелектричној методи, деле се на основу тога да ли проучавају природно или вештачки изазвано електрично поље. Поступци који мере јачину телурских струја, којим се мери однос пада потенцијала или сопствени електрични потенцијал, мере јачину потенцијала природног електричног поља. Поступци који користе вештачки изазвано електрично поље, чешће се примењују приликом истраживања у геологији. Том приликом користе се следећи поступци: геоелектрично сондирање, геоелектрично картирање, геоелектрично скенирање, итд.

Сеизмика

Геофизичка испитивања терена применом сеизмичких метода изводе се понајвише у циљу истраживања лежишта нафте, затим за потребе инжењерско - геолошких испитивања терена, као и при решавању појединих специфичних проблема из осталих домена геологије. Сеизмичка метода је у великој мери данас заступљена и при истраживању минералних сировина. Објашњење за то је да постоје одређена ограничења у налажењу плићих депозита, те се јавила потреба за истраживањима на већим дубинама, где сеизмичка истраживања играју главну улогу. Посебан значај имају при истраживању дубоких делова Земљине коре и одређивању њене дебљине. Интерпретација резултата сеизмичких испитивања превасходно је квантитативна и даје најпоузданије бројне податке о грађи Земље, који се применом геофизичких метода могу да добију. Сеизмичка испитивања изводе се на копну и мору.

Литература

• American Geophysical Union (2011). „Our Science”. About AGU. Приступљено 30. 9. 2011. 
• „About IUGG”. 2011. Приступљено 30. 9. 2011. 
• „AGUs Cryosphere Focus Group”. 2011. Архивирано из оригинала 16. 11. 2011. г. Приступљено 30. 9. 2011. 
• Bozorgnia, Yousef; Bertero, Vitelmo V. (2004). Earthquake Engineering: From Engineering Seismology to Performance-Based Engineering. CRC Press. ISBN 978-0-8493-1439-1. 
• Chemin, Jean-Yves; Desjardins, Benoit; Gallagher, Isabelle; Grenier, Emmanuel (2006). Mathematical geophysics: an introduction to rotating fluids and the Navier-Stokes equations. Oxford lecture series in mathematics and its applications. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-857133-9. 
• Davies, Geoffrey F. (2001). Dynamic Earth: Plates, Plumes and Mantle Convection. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-59067-9. 
• Dewey, James; Byerly, Perry (1969). „The Early History of Seismometry (to 1900)”. Bulletin of the Seismological Society of America. 59 (1): 183—227. Архивирано из оригинала 23. 11. 2011. г. 
• Defense Mapping Agency (1984) [1959]. Geodesy for the Layman (Технички извештај). National Geospatial-Intelligence Agency. TR 80-003. Приступљено 30. 9. 2011. 
• Eratosthenes (2010). Eratosthenes' "Geography". Fragments collected and translated, with commentary and additional material by Duane W. Roller. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-14267-8. 
• Fowler, C.M.R. (2005). The Solid Earth: An Introduction to Global Geophysics (2 изд.). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-89307-7. 
• „GRACE: Gravity Recovery and Climate Experiment”. University of Texas at Austin Center for Space Research. 2011. Архивирано из оригинала 01. 12. 2009. г. Приступљено 30. 9. 2011. 
• Hardy, Shaun J.; Goodman, Roy E. (2005). „Web resources in the history of geophysics”. American Geophysical Union. Архивирано из оригинала 27. 4. 2013. г. Приступљено 30. 9. 2011. 
• Harrison, R. G.; Carslaw, K. S. (2003). „Ion-aerosol-cloud processes in the lower atmosphere”. Reviews of Geophysics. 41 (3): 1012. Bibcode:2003RvGeo..41.1012H. doi:10.1029/2002RG000114. 
• Kivelson, Margaret G.; Russell, Christopher T. (1995). Introduction to Space Physics. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-45714-9. 
• Lanzerotti, Louis J.; Gregori, Giovanni P. (1986). „Telluric currents: the natural environment and interactions with man-made systems”. Ур.: Geophysics Study Committee; Geophysics Research Forum; Commission on Physical Sciences, Mathematics and Resources; National Research Council. The Earth's electrical environment. The Earth's Electrical Environment. National Academy Press. стр. 232—258. ISBN 978-0-309-03680-1. 
• Lowrie, William (2004). Fundamentals of Geophysics. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-46164-1. 
• Merrill, Ronald T.; McElhinny, Michael W.; McFadden, Phillip L. (1998). The Magnetic Field of the Earth: Paleomagnetism, the Core, and the Deep Mantle. International Geophysics Series. 63. Academic Press. ISBN 978-0124912458. 
• Muller, Paul; Sjogren, William (1968). „Mascons: lunar mass concentrations”. Science. 161 (3842): 680—684. Bibcode:1968Sci...161..680M. PMID 17801458. doi:10.1126/science.161.3842.680. 
• National Research Council (U.S.). Committee on Geodesy (1985). Geodesy: a look to the future (pdf) (Извештај). National Academies. 
• Newton, Isaac (1999). The Principia, Mathematical principles of natural philosophy. A new translation by I Bernard Cohen and Anne Whitman, preceded by "A Guide to Newton's Principia" by I Bernard Cohen. University of California Press. ISBN 978-0-520-08816-0. 
• Opdyke, Neil D.; Channell, James T. (1996). Magnetic Stratigraphy. Academic Press. ISBN 978-0-12-527470-8. 
• Pedlosky, Joseph (1987). Geophysical Fluid Dynamics (Second изд.). Springer-Verlag. ISBN 978-0-387-96387-7. 
• Poirier, Jean-Paul (2000). Introduction to the Physics of the Earth's Interior. Cambridge Topics in Mineral Physics & Chemistry. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-66313-7. 
• Pollack, Henry N.; Hurter, Suzanne J.; Johnson, Jeffrey R. (1993). „Heat flow from the Earth's interior: Analysis of the global data set”. Reviews of Geophysics. 31 (3): 267—280. Bibcode:1993RvGeo..31..267P. doi:10.1029/93RG01249. 
• Renne, P.R.; Ludwig, K.R.; Karner, D.B. (2000). „Progress and challenges in geochronology”. Science Progress. 83: 107—121. PMID 10800377. 
• Richards, M. A.; Duncan, R. A.; Courtillot, V. E. (1989). „Flood Basalts and Hot-Spot Tracks: Plume Heads and Tails”. Science. 246 (4926): 103—107. Bibcode:1989Sci...246..103R. PMID 17837768. doi:10.1126/science.246.4926.103. 
• Ross, D.A. (1995). Introduction to Oceanography. HarperCollins. ISBN 978-0-13-491408-4. 
• Sadava, David; Heller, H. Craig; Hillis, David M.; Berenbaum, May (2009). Life: The Science of Biology. Macmillan. ISBN 978-1-4292-1962-4. 
• Sanders, Robert (10. 12. 2003). „Radioactive potassium may be major heat source in Earth's core”. UC Berkeley News. Приступљено 28. 2. 2007. 
• Sirvatka, Paul (2003). „Cloud Physics: Collision/Coalescence; The Bergeron Process”. College of DuPage. Приступљено 31. 8. 2011. 
• Sheriff, Robert E. (1991). „Geophysics”. Encyclopedic Dictionary of Exploration Geophysics (3rd изд.). Society of Exploration. ISBN 978-1-56080-018-7. 
• Stein, Seth; Wysession, Michael (2003). An introduction to seismology, earthquakes, and earth structure. Wiley-Blackwell. ISBN 978-0-86542-078-6. 
• Telford, William Murray; Geldart, L. P.; Sheriff, Robert E. (1990). Applied geophysics. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-33938-4. 
• Temple, Robert (2006). The Genius of China. Andre Deutsch. ISBN 978-0-671-62028-8. 
• Torge, W. (2001). Geodesy (3rd изд.). Walter de Gruyter. ISBN 978-0-89925-680-1. 
• Turcotte, Donald Lawson; Schubert, Gerald (2002). Geodynamics (2nd изд.). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-66624-4. 
• Verhoogen, John (1980). Energetics of the Earth. National Academy Press. ISBN 978-0-309-03076-2. 

Спољашње везе

• A reference manual for near-surface geophysics techniques and applications Архивирано на сајту Wayback Machine (18. фебруар 2021)
• Commission on Geophysical Risk and Sustainability (GeoRisk), International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG)
• Study of the Earth's Deep Interior, a Committee of IUGG
• Union Commissions (IUGG)
• USGS Geomagnetism Program
• Career crate: Seismic processor
• Society of Exploration Geophysicists