Геофизика

Геофизика — наука, изучающая физические явления и процессы, которые протекают в оболочках Земли и в её ядре. Учитывая специфические особенности геосфер в отношении их структуры, состава, физических свойств и развития, в геофизике выделяют физику атмосферы, физику моря и физику твёрдой Земли.

Геофизика геологического назначения (разведочная геофизика) имеет своим основным объектом самую верхнюю часть твёрдой Земли и смыкается с геологическими дисциплинами в изучении земной коры, поисках и разведке полезных ископаемых, решении задач инженерной геологии и гидрогеологии.

Физические процессы, охватывающие наиболее высокие слои атмосферы, тесно связаны с солнечной активностью, космическим излучением и магнитным полем Земли. Магнитное поле удерживает потоки заряженных частиц, которые попадают из космического пространства и концентрируются в радиационных поясах. Предполагается, что в моменты перестройки и ослабления магнитного поля его защитная роль уменьшается и возможны катастрофические изменения в биосфере, подобные тем, которые установлены палеонтологией.

Режим нижних слоёв атмосферы существенно взаимосвязан с особенностями физических процессов в гидросфере и на поверхности твёрдой оболочки. Циркуляция вещества и тепла в воздушной и водяной оболочках вызывает экзогенные геологические процессы. Воздействие подвижных внешних оболочек Земли на ход её эндогенных процессов (сейсмический режим и т. п.) вполне реально, однако формы и масштабы такого воздействия не определены.

Медленные процессы, вроде нарастания и таяния ледниковых покровов, сопровождаются компенсационными изостатическими перемещениями вещества в недрах планеты. Перераспределение площадей, занятых сушей и морем, сопряжено с изменением толщины и состава земной коры.

Обширную информацию о внутренних процессах и внутреннем строении Земли даёт сейсмология. По сейсмологическим материалам определено положение основных границ раздела, установлено резко неоднородное строение коры, наличие неоднородностей внутри мантии и многие другие особенности. Сведения о распределении очагов землетрясений используются для изучения современных тектонических движений. Наблюдения за упругими приливами твёрдой оболочки позволяют рассчитать некоторые физические параметры вещества Земли.

Электрические токи в Земле, индуцированные вариациями магнитного поля, которые вызваны непостоянством солнечной деятельности и другими внешними причинами, дают информацию об электропроводности и возможном её распределении с глубиной. По электропроводности косвенно определяется температура на глубине нескольких сотен километров.

Гравитационное поле используется для суждения об истинной форме Земли и о распределении плотности в её внутренних зонах. Изучение теплового поля позволяет оценить температуру в недрах Земли, даёт факты для суждения о физических и химических процессах на большой глубине (отражающихся на геологическом строении земной коры), о распределении радиоактивных элементов в Земле на протяжении геологической истории.

Автор: И. Г. Клушин

Современный контекст

Современные методы геофизики значительно расширились за счёт развития космической геодезии (ГНСС, спутниковая гравиметрия GRACE и GOCE), глубинного сейсмического зондирования (томография мантии) и математического моделирования. Уточнены модели внутреннего строения Земли: установлено, что внутреннее ядро вращается с отличной от остальной планеты скоростью, а граница ядро-мантия обладает сложным рельефом и неоднородностями. Данные палеомагнетизма и наблюдения за современным геомагнитным полем (спутниковая миссия Swarm, 2013 г. — по настоящее время) показывают, что магнитное поле ослабевает на 5% за столетие, особенно в Атлантическом регионе, что может указывать на начало переполюсовки. Современная теория тектоники плит увязывает сейсмичность, вулканизм и геодинамику с конвективными течениями в мантии.