Геофизика – это комплекс наук, которые с помощью физических методов исследуют строение Земли. В широком смысле геофизика изучает физику твердой Земли (мантию, земную кору, твердое внутреннее и жидкое внешнее ядро), физику атмосферы (климатологию, метеорологию, аэрономию), а также физику океанов, подземных вод и поверхностных вод суши (рек, озер, льдов).

Одной из составляющих данного комплекса наук является разведочная геофизика, изучающая строение Земли. Ее основная цель: поиск и уточнение строения залежей полезных ископаемых, выявление предпосылок для их образования. Исследования проводятся на суше, в акватории морей, пресных водоемах и океанах, в скважинах, из космоса и с воздуха. Вследствие своей высокой эффективности, дешевизны, надежности и скорости проведения работ разведочная геофизика является важной составной частью геологоразведочного процесса. Основными методами разведочной геофизики являются: сейсморазведка, электроразведка на переменном и постоянном токе, магниторазведка, гравиразведка, геофизические исследования скважин, радиометрия, ядерная геофизика и теплометрия. Сейсморазведка – это раздел разведочной геофизики, который включает методы изучения строения Земли, в основе которых лежит возбуждение и регистрация упругих волн. Для регистрации колебаний этих волн исследователями применяются специальные устройства – сейсмоприемники, которые преобразуют колебания почвенных частиц в электрический сигнал. Полученная в результате исследований информация отображается на графиках, которые называются сейсмограммами. Строение земной коры изображается на специальных картах, по которым определяются места возможных скоплений полезных ископаемых.Гравиразведкой называется геофизический метод, который изучает изменения ускорения свободного падения, связанные с изменениями плотности геологических тел. Данный метод активно применяется в процессе региональных исследований земной коры, при выявлении глубинных тектонических нарушений и поиске полезных ископаемых. Для проведения гравиразведки специалисты применяют гравиметры – специальные приборы, которые измеряют ускорение свободного падения. Магниторазведка, как еще одна составляющая геофизики, применяется в целях поиска месторождений полезных ископаемых. Проводится в виде наземной, аэромагнитной или морской съемки. На основе полученных данных строится карта магнитного поля, содержащая графики или изолинии. На ней могут находиться области со спокойным полем и магнитные аномалии, характеризующиеся локальными возмущениями, вызванными неоднородностью магнитных свойств горных пород. Методы электроразведки помогают изучать параметры геологического разреза. Для этого измеряются показатели постоянного электрического или же переменного электромагнитного поля. Исследование методом вызванной поляризации может служить примером электроразведочных мероприятий.Помимо разведочной геофизики, существует еще и физика атмосферы. Метеорологические станции, рассеянные по всей Земле, служат для составления кратковременных и долгосрочных прогнозов погоды. Кроме воздушной оболочки Земли, геофизика изучает и водную ее оболочку – Мировой океан, а также физику моря. Здесь исследуются вопросы о течениях в океане, приливах и отливах, изучается соленость воды и т.д.

ГЕОФИЗИКА - наука, изучающая физ. явления и процессы, которые протекают в оболочках Земли и в ее ядре. Учитывая специфические особенности геосфер в отношении их структуры, состава, физ. свойств и развития, в Г. выделяют физику атмосферы, физику моря и физику твердой Земли. Геофизика геол. назначения (разведочная геофизика ) имеет своим основным объектом самую верхнюю часть твердой Земли и смыкается с геол. дисциплинами в изучении земной , поисках и разведке полезных ископаемых, решении задач инженерной геологии и гидрогеологии. Физ. процессы, охватывающие наиболее высокие 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 слоев атмосферы существенно взаимосвязан с особенностями физ. процессов в гидросфере и на поверхности твердой оболочки. Циркуляция вещества и тепла в воздушной и водяной оболочках вызывает экзогенные геол. процессы. Воздействие подвижных внешних оболочек Земли на ход ее 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 дает сейсмология. По сейсмологическим материалам определено положение основных границ раздела, установлено резко неоднородное строение коры, наличие неоднородностей внутри мантии и многие др. особенности. Сведения о распределении очагов землетрясений используются для изучения совр. тект. движений. Наблюдения за упругими приливами твердой оболочки позволяют рассчитать некоторые физ. параметры вещества Земли. Электрические токи в Земле, индуцированные вариациями магнитного поля, которые вызваны непостоянством солнечной деятельности и др. внешними причинами, дают информацию об электропроводности и возможном ее распределении с глубиной. По электропроводности косвенно определяется t на глубине нескольких сотен км. Гравитационное поле используется для суждения об истинной форме Земли и о распределении плотности в её внутренних зонах. Изучение теплового поля позволяет оценить t в недрах Земли, дает факты для суждения о физ. и хим. процессах на большой глубине (отражающихся на геол. строении земной коры), о распределении радиоактивных элементов в Земле на протяжении геол. истории. И. Г. Клушин.

Геологический словарь: в 2-х томах. - М.: Недра . Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др. . 1978 .

Геофизика

(от греч. ge - и physike - основы естествознания * a. geophysics; н. Geophysik; ф. geophysique; и. geofisica ) - наук, исследующих физ. методами происхождение, эволюцию, строение, свойства и процессы (природные и техногенные) в Земле и её оболочках (атмосфере, гидросфере, литосфере и т.д.). Г. основана на изучении природы, структуры, пространств, неоднородности, временнуй изменчивости геофиз. полей (гравитационного, геомагнитного, электромагнитного, геотермического и др.) и их отклонений от нормы (см. Геофизическая аномалия), что обусловлено неоднородностью состава и сложностью строения Земли, характером происходящих в ней процессов, влиянием Солнца, Луны, планет, космич. излучения и т.п., а также воздействием Биосферы и техногенной деятельности.
Г. связана с Геологическими науками (особенно Тектоникой, Вулканологией, петрофизикой, а также Геохимией), астрономией, математикой, физикой и мн. техн. науками, физ. географией и др.
Крупные разделы Г. - солнечно-земная физика, физика атмосферы, и физика "твёрдой" Земли, Промысловая геофизика и вычислит. Г.
Солнечно-земная физика изучает явления и процессы в межпланетной и околоземной среде. Состояние ионосферы и магнитосферы Земли, форма радиационных поясов и т.п. зависят от уровня солнечной активности, вариаций потоков электромагнитного излучения и космич. лучей. Наиболее сильные возмущения ионосферы и магнитосферы связаны с солнечными вспышками, к-рые сопровождаются многократным усилением потоков частиц высоких энергий и увеличением интенсивности электромагнитного излучения во всех диапазонах. Это вызывает полярные сияния, магнитные бури, изменяет отражательную способность ионосферы, нарушает энергетич. баланс тропосферы, что приводит к вариациям метеорологич. факторов и т.п.
Физика атмосферы изучает процессы и явления в атмосфере, свойства газовых составляющих, поглощение и излучение ими радиации, хим. реакции, темп-ры и давления, и конденсацию водяного пара, образование облаков и выпадение осадков, разнообразные формы движения в атмосфере. Физика атмосферы разделяется на метеорологию, изучающую ниж. слои атмосферы, и аэрономию, исследующую верх. слои. Тепловое излучение и разл. оптич. эффекты изучаются актинометрией и атм. оптикой.
Выделяются в отд. отрасли науки учения об атм. электричестве, акустике и турбулентности.
Гидрофизика изучает строение и физ. процессы в Гидросфере и тесно связана с географией, геохимией, геологией, гидро- геологией и др. Гидрофизика разделяется на физику моря, гидрологию суши. Физика моря (физика океана) исследует физ. процессы в Мировом ок. и включает термодинамику, гидродинамику, акустику, оптику, ядерную гидрофизику (изучение радиоактивности вод океана и её изменения), а также занимается исследованием квазистационарных электрич. и магнитных полей в океане, распространения в нём низкочастотных электромагнитных возмущений, возникающих благодаря электропроводности мор. воды, магнитогидродинамич. эффектов. Крупнейшая проблема физики океана - взаимодействие атмосферы и океана - имеет большое прикладное значение, в частности для прогноза погоды и климатологии. Гидрология суши исследует поверхностные воды (реки, озёра, водохранилища, болота, ледники).
Физика Земли (или Г. в узком смысле слова) представляет наук, изучающий строение и эволюцию т.н. твёрдой Земли, её состав, свойства, процессы в недрах и др. В зависимости от предмета исследования в физике Земли выделяются самостоят. крупные разделы: , гравиметрия, геотермия, геоэлектрика, исследование минералов и г. п. при высоких давлениях и темп-рах, а также др. геофиз. науки, возникшие и развивающиеся на стыке с геологией ( и др.), математикой, химией и т.д.
Сейсмология - наиболее обширный раздел физики Земли. Долгое она была наукой о землетрясениях и сейсмич. волнах. Совр. сейсмология занимается измерениями и анализом всех видов движений в земной коре, к-рые регистрируются сейсмографами на суше, а также на дне океанов и морей. В сейсмологии используются как от естеств. источников (землетрясений), так и от искусств. источников - взрывов и различного типа вибраторов. Исследование характера распространения сейсмич. волн, а также измерения периодов собств. колебаний Земли позволили решить осн. задачу сейсмологии - построить сейсмич. Земли. Глобальная сейсмич. модель даёт распределение скоростей продольных и поперечных волн с глубиной или в зависимости от радиуса с учётом неоднородности Земли и специфики отд. регионов, позволяет установить распределение плотности, давления, модулей упругости и др. физ. параметров, разделить на специфич. зоны. Изучение землетрясений включает выявление их геогр. распространённости и связи с региональными особенностями, распределение их по энергиям (см. Сейсмичность земли), разработку теории подготовки и механизма (физика очага землетрясений), критериев прогноза (анализ их предвестников). К "малым" задачам сейсмологии можно отнести исследование сейсмич. шумов от пром. установок и транспорта, микросейсм, связанных со штормами и волнением в океанах, а также и их предсказание. Данные сейсмологии используются в разл. геол. концепциях (напр., для разработки теории тектоники плит), при решении крупных прикладных задач - прогноза землетрясений, Сейсмического микрорайонирования и оценки сейсмич. риска, прогноза значит. перемещений, вызываемых землетрясениями и взрывами, обнаружения и распознавания ядерных взрывов, выбора территорий для стр-ва атомных электростанций. Сейсмич. методы широко применяются в разведочной и промысловой Г. (см. Сейсмическая разведка, Сейсмический каротаж), а также в исследованиях др. объектов Солнечной системы (напр., Луны, Марса и Венеры).
Гравиметрия изучает , его пространств. изменение и определяет фигуру Земли. Гравитац. поле отражает характер распределения масс в недрах планеты и тесно связано с её формой. Выявление гравитац. аномалий, их физ. и геол. интерпретация являются важными задачами гравиметрии. Оценка гравитац. аномалий широко используется в физике Земли, т.к. их наличие приводит к касательным напряжениям в теле Земли, к-рые являются причинами течений вещества, а иногда и разрушений. Отсутствие связи гравитац. аномалий с гл. топографич. особенностями Земли - океанами и континентами - позволило сделать вывод, что континентальные области изостатически скомпенсированы (см. Изостазия). Небольшие локальные или региональные отклонения гравитационного поля Земли обусловлены локальными нарушениями изостазии. Гравиметрия изучает также приливы в теле Земли (земные приливы) и явления, связанные с прецессией и нутацией земной оси. Приливные колебания земной поверхности позволяют проводить недр планеты на сверхдлинных периодах от 1/2 сут до 14 мес, что существенно для изучения неупругих свойств земных недр. Совр. абс. высокой чувствительности позволили впервые зарегистрировать временные изменения гравитационного поля, которые обусловлены неравномерностью вращения Земли. Гравиметрия тесно связана с топографией и геодезией.
Использование ИСЗ радикально изменило классич. гравиметрии. С одной стороны, траекторные измерения позволили с высокой точностью определить гравитац. потенциал Земли, с другой - спутниковая альтиметрия установила с ещё большей детальностью форму уровня океанов и т. о. поверхность геоида на океанах. К гравиметрии примыкает науч. направление - изучение совр. движений земной коры и их связи с подготовкой землетрясений. Методы гравиметрии широко используются в разведочной Г. (см. Гравиметрическая разведка).
В результате космич. исследований получены количеств. данные (разной степени детальности) о гравитац. поле Луны, Марса, Венеры, Меркурия, Юпитера и Сатурна.
Геомагнетизм изучает и его пространственно-временные вариации. Вековые вариации отражают сложную картину гидромагнитных течений и колебаний в ядре Земли, где расположены собственно геомагнитного поля. Вариации могут также возникать как результат электромагнитного взаимодействия на границе ядро - мантия. суточных и более коротких вариаций геомагнитного поля находятся в атмосфере и магнитосфере. Эти вариации индуцируют теллурич. токи в верх. слоях Земли. Создание законченной теории геомагнитного поля - одна из важнейших нерешённых задач Г.
Крупным разделом геомагнетизма является наука о магнитных свойствах г. п., изучение к-рых археомагнитными и палеомагнитными методами позволяет охарактеризовать далёкого прошлого. Явление смены полярности геомагнитного поля с периодами в сотни тысяч и млн. лет положено в основу геомагнитной хронологич. шкалы, к-рая широко используется для установления перемещений земной коры океанов и дрейфа материков в историч. и геол. время. Открытие зап. дрейфа недипольной части изолиний магнитного поля со скоростью примерно 0,2° в год по долготе позволило оценить скорости долготных течений в ядре. Данные геомагнитных исследований применяются для решения задач тектоники, поисков и разведки м-ний п. и. (см. Магнитная разведка) и др. По астрономич. наблюдениям магнитное поле было обнаружено у Юпитера; с помощью космич. аппаратов были открыты магнитные поля Меркурия, Марса, Сатурна, а также обнаружены следы намагниченности лунных пород, что, по-видимому, свидетельствует о существовании в первые 1,5 млрд. лет собств. магнитного поля Луны.
Геотермия (геотермика) изучает тепловое состояние, распределение темп-ры и её источников в недрах и тепловую историю Земли. Вопрос о распределении темп-р тесно связан с распределением источников тепла в глубинах Земли, что имеет фундаментальное значение для любых гипотез о строении и эволюции планеты. Темп-ра вместе с давлением и значением касательных напряжений определяет состояние вещества и характер процессов в недрах Земли. В отличие от давления, характер распределения темп-ры с глубиной отличается большей неопределённостью. Экспериментальная геотермия основана на измерении нарастания темп-ры с глубиной (геотермич. градиента) и теплового потока из земных недр. Построены детальные карты теплового потока на поверхности Земли и проведён гармонич. анализ этих данных. Наличие корреляции величины теплового потока с разл. тектонич. структурами (рифтами срединно-океанич. хребтов, щитами и платформами континентов и т.д.) и их возрастом привело к созданию структурной геотермии, результаты к-рой используются в теоретич. геотектонике. Совр. геотермия тесно связана с геодинамикой, т.к. мантия Земли находится в конвективном состоянии и конвективный теплоперенос на порядок более эффективен, чем кондуктивный. Исследование теплового потока Земли показало примерное равенство ср. теплового потока для континентов и океанов (несмотря на бульшую концентрацию радиоактивных источников в более мощной континентальной коре); однако нек-рые исследователи считают, что значения теплового потока в океанах неск. выше, чем на континентах. Эта проблема является одной из осн. задач в совр. геотермии, решение к-рой намечается в совр. геодинамич. моделях. Тепловые аномалии используют при разведке м-ний п. и. (см. Геотермические поиски месторождений), а также при оценке геотермальных ресурсов. Оценка теплового потока Луны показала, что его значения в 3-4 раза меньше, чем ср. значения теплового потока Земли.
Геоэлектрика изучает , гл. обр. оболочек Земли. Она состоит из глубинной геоэлектрики, исследующей электропроводность земной коры и мантии с целью определения термодинамич. и фазового состояния недр Земли, и прикладной геоэлектрики, или Электрической разведки. Задачи геоэлектрики решаются посредством изучения естеств. и искусств. электромагнитных полей. По результатам глобальных и региональных исследований методами глубинной геоэлектрики построена геоэлектрич. модель Земли и обнаружены проводящие зоны, связанные с гидротермальными явлениями в земной коре и процессами частичного плавления в астеносфере. Электроразведка применяется при поисках нефтегазовых, рудных и др. м-ний, а также при гидрогеол. и инж.-геол. изысканиях. См. также Магнитотеллурические методы разведки .
Геодинамика изучает методами механики сплошных сред и неравновесной термодинамики свойства и процессы, протекающие в "твёрдой" Земле, а также связи тектонич., магматич. и метаморфич. процессов с глубинными (гл. обр. тепло- и массоперенос в коре и мантии). При этом исследуются явления и процессы разл. пространственных и временных масштабов - от глобальных (фигура Земли, собств. колебания Земли, дрейф континентов) до локальных процессов в очагах землетрясений, слоях г. п., шахтах, скважинах и т.п. Осн. задача совр. глобальной геодинамики - исходя из законов физики и химии, дать описание тектонич. процессов на континентах и океанах, а также построить термомеханич. модели глубинных процессов, определяющих глобальные тектонические явления в земной коре и литосфере с учётом реальных физ. свойств вещества Земли.
Для разработки термомеханич. аспектов геол.-геофиз. концепций и проверки механич. обоснованности существующих геотектонич. гипотез строятся всё более совершенные геодинамич. модели: спрединга, деформирования литосферы в разл. регионах, образования и жизни систем разломов, областей перехода от океана к континенту и т.д. (См. также ст. Геодинамика .)
Исследования минералов и г. п. при высоких давлениях и темп-рах являются важной отраслью Г. Непосредств. проникновение в Земли затруднено, поэтому условия, в к-рых находятся породы в недрах Земли, моделируют в лабораториях. Динамич. методы, использующие для сжатия мощные ударные волны, позволяют восстановить диапазон давлений и темп-р в недрах. При динамич. сжатиях длится доли мкс, за к-рые выполняют необходимые измерения.
В статич. установках были изучены фазовые превращения осн. породообразующих минералов мантии (оливинов, пироксенов, гранатов) и получены соответствующие фазовые диаграммы до давлений -3·* 10 МПа и темп-рах -1600°С. Эти результаты были использованы для физ. интерпретации природы переходной зоны мантии. В лабораторных установках были выполнены обширные исследования базальтов в связи с решением проблемы их образования и взаимодействия при движении от источника магмы к поверхности Земли. Изучены реологич. параметры минералов и г. п. при t до 1600°С и давлениях в неск. сотен МПа. Полученные данные используются для оценки параметров неустановившейся и установившейся ползучести минералов и г. п. в коре и верх. мантии. В лабораториях также проводятся систематич. исследования электропроводности, теплопроводности, магнитных свойств, скоростей упругих волн, неупругости, пластичности и разрушения минералов и г. п. Созданы спец. прессы с программным управлением для детального изучения стадий предразрушения, разрушения и послеразрушения в связи с задачами физики очагов землетрясений и проблемой прогноза землетрясений.
Вычислительная геофизика. В основе всей Г. лежат накопление и анализ большого кол-ва наблюдений, полученных в разл. точках земного шара (в т.ч. с помощью ИСЗ). Массовый сбор информации невозможен без автоматизации геофиз. исследований. Для хранения этой информации, её редукции и представления в удобном для науч. целей виде созданы геофиз. данных, использование к-рых было бы невозможно без широкого применения и разработки стандартных и специализир. вычислит. методов. Это привело к возникновению нового направления, получившего название вычислит. Г., к-рая разрабатывает методы и алгоритмы для решения некорректных и обратных задач, позволяет удобно комплексировать разнородные геофиз. данные; методы комплексного анализа геофиз., геол. и геоморфологич. данных в задачах сейсмич. районирования, прогноза землетрясений, поиска п. и., расшифровки космич. снимков. Методы вычислит. Г. используются для изучения степени корреляции геофиз. полей и строения земной коры. Вычислит. Г. тесно связана с теоретич. Г., особенно при разработке громоздких трёхмерных глобальных и региональных моделей. Она также занимается численным моделированием разл. геофиз. явлений и процессов.
Краткий исторический очерк. История Г. сложна из-за неравномерности развития её крупных разделов и ещё недостаточно разработана. Т. к. освоение планеты невозможно без элементарных геофиз. наблюдений - измерения расстояний, определения направлений на морях и океанах, описания и систематизации стихийных бедствий и т.д., то естественно, что элементы наблюдат. Г. известны с глубокой древности, а суждения о разл. геофиз. явлениях встречаются у мн. античных учёных. Предпосылки для создания Г. как науки заложены в 17-19 вв., когда были открыты основные законы макроскопич. физики и осознана необходимость перехода к глобальным наблюдениям и созданию геофиз. обсерваторий для накопления б.ч. наблюдений. Как комплексная самостоят. наука Г. определилась к сер. 19 в., когда были накоплены достаточно обширные материалы геофиз. наблюдений, позволившие приступить к их обобщению и физ. истолкованию. На основании полученных результатов началось систематич. изучение строения и физ. свойств твёрдой, жидкой и газообразной оболочек Земли. Чисто условно завершение первого этапа формирования Г. как комплексной многоотраслевой науки можно отнести к 1-му Междунар. геофиз. году (1882-1883), проведённому по инициативе австр. учёного К. Вайпрехта (сам год получил назв. Междунар. полярного года, МПГ). В проведении МПГ приняли участие Россия, Дания, Франция, Нидерланды, Австро-Венгрия, Италия и др. страны, к-рые организовали ряд экспедиций в полярные широты. Председателем Полярной комиссии (руководившей всей работой МПГ) был избран директор Гл. геофиз. обсерватории в Петербурге акад. Г. И. Вильд.
В начале 20 в. Г. утратила центр. положение в естествознании. Качественно новый этап развития Г. начался в кон. 30-х - нач. 40-х гг., когда были построены первые реальные сейсмич. модели Земли. С 60-х гг. благодаря использованию ЭВМ, автоматизации наблюдений и их обработки неизмеримо вырос объём собираемой и перерабат. информации. Использование достижений и методов физики твёрдого тела и физики высоких давлений позволило перейти от проблемы внутр. строения Земли к физике земных недр. Космич. исследования неизмеримо расширили возможности Г. Возникла новая наука - сравнит. планетоведение, в к-рой геофиз. методы играют определяющую роль. Значение Г. резко возросло в связи с тем, что стоящие перед ней проблемы - изучение и природных ресурсов, прогноз погоды и стихийных бедствий, исследование Мирового ок., космич. исследования, контроль за ядерными испытаниями - принадлежат к числу осн. глобальных проблем. В связи с этим Г. снова выдвинулась на одно из центральных мест в современном естествознании.
Организация геофизических исследований. Сотрудничество в области наук о Земле осуществляется рядом междунар. науч. союзов. Междунар. геодезич. и геофиз. союз (МГГС) объединяет деятельность междунар. ассоциаций (геодезии, сейсмологии и физики недр Земли, вулканологии и химии недр Земли и др.) и входит в Междунар. совет науч. союзов ЮНЕСКО. В рамках МГГС осуществляются междунар. мероприятия и программы изучения Земли, Междунар. геофиз. год, Междунар. год геофиз. сотрудничества, проекты "Верх. мантия Земли", " ". Решения МГГС реализуются к-тами стран - членов союза. Существуют межсоюзные комиссии, напр. по геодинамике, по проекту литосферы и др. Организацию ежегодных конференций для геофизиков Европы и др. мероприятия проводят Европ. геофиз. об-во, Европ. сейсмологич. комиссия и др. Многостороннее сотрудничество социалистич. стран осуществляется в рамках Комиссии академий наук социалистич. стран по планетарной Г., комиссиями по разл. геофиз. проектам.
В СССР организацию геофиз. исследований ведут науч. советы и комиссии при Президиуме АН СССР и при Гос. к-те по науке и технике: Междуведомств. геофиз. к-т (секции: геодезии, сейсмологии и физики недр Земли, метеорологии и физики атмосферы, геомагнетизма и аэрономии, океанографии, гидрологии, вулканологии); Междуведомств. совет по сейсмологии и сейсмостойкому стр-ву при Президиуме АН СССР; Комиссия по прогнозу землетрясений; науч. советы по геотермич. исследованиям, геофиз. методам разведки, комплексным исследованиям земной коры и верх. мантии, геомагнетизму, нар.-хоз. использованию взрывов, по механике г. п. и горн. давлению; Сов. к-т по междунар. программе геол. корреляции; Объединённый совет наук о Земле и др. Геофиз. исследования ведутся в многочисл. науч. геофиз. и комплексных ин-тах.
Осн. периодич. издания по разл. отраслям Г. издаются в осн. АН СССР: " " (с 1960), "Океанология" (с 1961), "Геомагнетизм и аэрономия" (с 1961), "Известия АН СССР. Физика Земли" (с 1965), " " (с 1965), "Известия АН СССР. Сер. Физика атмосферы и океана" (с 1965), " и сейсмология" (с 1979), "Геофизический журнал" (К., с 1979), "Исследования Земли из космоса" (с 1980), "Известия Академий наук" союзных республик и др. Литература : Джеффрис Г., Земля, ее происхождение, история и строение, пер. с англ., М., 1960; Гутенберг Б., Физика земных недр, пер. с англ., М., 1963; Яновский Б. М., Земной магнетизм, ч. 1-2, Л., 1963-64; Магницкий В. A., Внутреннее строение и физика Земли, М., 1965; Развитие наук о Земле в СССР, М., 1967; Любимова Е. A., Термика Земли и Луны, М., 1968; Сафронов В. С., Эволюция допланетного облака и образование Земли и планет, М., 1969; Стейси Ф. Д., Физика Земли, пер. с англ., М., 1972; Природа твердой Земли, (пер. с англ.), М., 1975; Ботт M., Внутреннее строение Земли, пер. с англ., М., 1974; Шимбирев Б. П., Теория фигуры Земли, М., 1975; Белоусов В. В., Основы геотектоники, М., 1975; Монин А. С., История Земли, Л., 1977; Жарков В. Н., Внутреннее строение Земли и планет, М., 1978; Тектоносфера Земли, Под редакцией В. В. Белоусова, М., 1978; Буллен К. Е.,

Региональная тектоника Северного Ледового океана

На ранней стадии развития внутреннюю структуру океана определяли две платформы: Баренцево-морская и Гипербарейская, которые принадлежали различным сегментам земли Атлантическому и Тихоокеанскому. Между ними располагался разрыв, глубоко проникающий в земную кору и мантию. Раздвиговые процессы и растяжения разрушили прилегающие платформы и создали хребет Гаккеля и сопряженные с ним впадины Нансена и Амундсена. Хребет Гаккеля – это СОХ, а впадины это глубоководные впадины возникшие в результате раздвига литосферных плит.

Меридиональные глубинные разломы прорезают материковый склон, материковую отмель и определяют конфигурацию. Северный Ледовый океан отличается от других океанов: у него площадь окраин материков составляет 75%, шельф – 50%, отсутствует переходная зона, ложе океана составляет 23% всей площади, СОХи занимают 3% площади океана. Площадь Сев. Ледовитого океана в 13 раз меньше Тихого. Его лишь по традиции можно считать океаном, но не по геологическому строению.

Основные вопросы, рассматриваемые на лекции:

1. Предмет, цель и задачи науки геофизики.

2. Место геофизики среди наук о Земле.

3. Основные геофизические понятия и определения.

4. Методы геофизических исследований.

1. Предмет, цель и задачи науки геофизики. 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.

В круг вопросов геофизики входит изучение происхож­дения, эволюции и возраста нашей планеты в целом и от­дельных ее геосфер, определение массы и плотности Земли, ее внутреннего строения и состояния, физических свойств, физических и физико-химических процессов, происходящих в твердой, жидкой (гидросфера) и газообразной (атмосфера) оболочках. Геофизика, находясь на стыке точных и естествен­ных наук (физики, математики, химии, астрономии, геогра­фии, геологии и др.), рассматрвает Землю как единое сложное и непрерывно меняющееся физическое тело, являющееся составной частью Солнечной системы и взаимодействующее с ней.

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

Физико-математические основы геофизики, заложенные трудами И. Ньютона, М.В. Ломоносова, Г.В. Рихмана, В. Франклина, Ш. Кулона, А. Лежандра, П. Лапласа, С. Пуассона, К. Гаусса, Д Грина, А.В. Остроградского, А. Беккереля, Э. Вихерта, Б.Б. Голицина и др. Роль геофизики в изучении геосфер Земли. Связь экологии и геофи­зики.

2. Место геофизики среди наук о Земле. В связи со специфическими особенностями изучения сос­тава вещества и строения каждой из трех основных геосфер Земли и разнообразием происходящих в них физических процессов и явлений геофизика в настоящее время подразде­ляется на три крупных обособившихся раздела, соответствующих этим геосферам, – физику твердой Земли, или физику твердого тела Земли, физику гидросферы, или гидрофизику, и физику атмосферы, и ближнего космоса.

Физика твердого тела Земли (ее часто называют просто физикой 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. Сейсмология и гравиметрия дают ос­новополагающие представления о внутреннем строении Земли, другие науки уточняют и дополняют сведения о cтpoeнии, составе, агрегатном состоянии земных недр и происхо­дящих в них процессах.

Особо следует сказать о научно-прикладном значении раздела физики твердой Земли – разведочной геофизике. Эта наука предназначена для изучения верхних слоев Земли, по­исков и разведки полезных ископаемых, решения инженерно-геологических, гидрогеологических, экологических и дру­гих задач. Разведочная геофизика базируется на изучении естественных и искусственно создаваемых физических полей Земли. Объектами исследования этой науки являются осадочный чехол, кристаллический фундамент, земная кора и верхняя мантия общей глубиной до 100 км. 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. Она рассматривает об­щие процессы в водных объектах и в запасах влаги на поверхности Земли независимо от особенностей данного географического объекта (моря, озера, реки и т. д.). При­менительно к конкретным формам скопления воды гидро­физика подразделяется на физику вод суши и физику моря. Основной предмет исследования физики вод суши – это реки, озера, водохранилища, ледники, подземные и поверхностные воды, а физики моря – моря и океаны.

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.

Для понимания процессов, происходящих в гидросфере, необходимо знать свойства воды как физическою тела. Поэтому гидрофизика тесно связана с собственно физикой. Из общефизических вопросов гидрофизика изучает молекуляр­ное строение воды во всех ее aгрегaтныx состояниях, физико-механические, радиационные, оптические, акустические, электрические и другие свойства воды, водяного пара, снега и льда.

Физика атмосферы и ближнего космоса в недавнем пpoшлом разделилась на две части – метеорологию и аэрономию. Метеорология изучает состав, строение, свойства воз­душной оболочки Земли и происходящие в ней физические процессы и явления, а также их взаимодействие с земной поверхностью и ближним космосом. Это наиболее разрабо­танная область геофизики. 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. Базируются эти дисциплины на метеорологических, актинометрических, аэрологических и радиометеорологических наблюдениях.

С недавних пор при­нято выделять учение о физических и химических процессах в высоких слоях атмосферы и ближнем космосе в особую научную дисциплину, получившую название аэрономии (или физики верхней атмосферы). Методы изучения процессов в высоких слоях атмосферы, отдаленных от земной поверхности на сотни и тысячи километров своеобразны и само их исследование мало связано с изучением атмо­сферы у земной поверхности.

Геофизика изучает процессы и состояние вещества в условиях, весьма отличных от условий обычного физичес­кою эксперимента, так как непосредственное проникновение в глубокие недра Земли пока невозможно. Поэтому основ­ными методами, используемыми в геофизике, являются ме­тоды теоретической физики. Однако не следует думать, что геофизика – это чисто теоретическая наука. Как отрасль естествознания, она основана на экспериментальных геофи­зических данных и полностью опирается на данные практики и эксперимента.

Цель геофизических исследований состоит в получении наиболее достоверных сведений о строении недр Земли, ее водной и воздушной оболочек, в изучении происхождения и развития нашей планеты, что позволяет решить по крайней мере две важнейшие для человечества современные пробле­мы: во-первых, проблему рационального использования природных ресурсов и, во-вторых, разумного использования всех геосфер, влияющих на практическую деятельность человека, Геофизические данные наряду с геологическими и другими исследованиями позволяют заглянуть в прошлое Земли, обрисовать пока в общих чертах историю ее происхожде­ния и развития и в первом приближении дать прогноз на будущее.

Все разделы геофизики имеют самое непосредственное отношение к практической деятельности человека – к разведке и добыче полезных ископаемых, освоению энергии земных недр, океанических глубин и космического простран­ства, прогнозу неблагоприятных явлений, охране окружаю­щей среды и управлению природными процессами. В то же время геофизика представляет другим наукам важные на­учные и практические знания о внутреннем строении Земли, об ее взаимодействиях с окружающими космическими тела­ми – Солнцем, Луной и др., метеорной материей и т. д.

3. Основные геофизические понятия и определения. К основным геофизическим понятиям и определениям относятся геофизическое поле и его характеристики – геофи­зический параметр (величина), напряженность, градиент и геофизическое явление.

Геофизическое поле. Геофизика изучает происхождение и строение различных физических полей Земли, или так называемых геофизических полей, и протекающие в ней и в околоземном пространстве физические процессы и явле­ния. 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) Физических полей много.

Общим для всех физических полей является постоянное взаимодействие элементарных частиц. Так, в гравитацион­ном и барическом полях происходит взаимодействие масс частиц, электрическом–взаимодействие между движущими­ся электрическими зарядами, геомагнитном–между электри­ческими зарядами и спиновыми (от англ. spin–вращение) носителями магнетизма (электроны, протоны и др.), в сейс­мическом – передача упругих колебаний, возникающих при землетрясениях и искусственных взрывах, в термическом – взаимодействие энергий частиц, в радиоактивном – ядерных излучений. Указанные взаимодействия масс, энергий, колеба­ний, излучений и т. д. происходят как внутри каждого гео­логического тела, каждой горной породы и каждой геосферы, так и между ними, и особенно на границах их соприкосно­вения.

Источниками физических полей являются вся Земля в целом, все геосферы, любое геологическое тело, любая гор­ная порода, любое искусственное сооружение. Все объекты порождают вокруг и внутри себя гравитационное, магнит­ное, тепловое, радиоактивное, электрическое поля, а при ме­ханическом и другом воздействии на них становятся источником полей упругих колебаний. Измеряя величины (пара­метры) внешних физических полей, можно судить об источ­никах этих полей.

Поле может быть стационарным (установившимся), если в каждой точке пространства оно не меняется с течением времени, или нестационарным (неустановившимся), если та­ковое изменение имеет место. Поле может быть скалярным или векторным в зависимости от характера исследуемой величины. Скалярным полем, например, является поле тем­ператур или поле плотностей. В качестве примера векторных полей можно привести поле скоростей, электромагнит­ное поле, поле сил тяготения и т. д.

По происхождению геофизические поля разделяются на естественные и искусственные. Естественное поле представ­ляет собой результат явлений, происходящих в Земле и в земной коре независимо от воздействия на них человека. 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. Он может управлять такими полями, задавая их наиболее выгодным образом для решения конкретных геофизических задач. Так, в разведочной геофизике для поиска полезных ископаемых и решения ряда научных вопросов широко практикуется соз­дание следующих физических полей электрического, электро­магнитного, сейсмического (поле упругих колебаний, вызван­ное путем взрывов), вторичных ядерных излучений и др.

Геофизические поля позволяют изучать внут­реннее строение и физико-химические свойства Земли, а так­же вскрывать механизм взаимодействия геосфер между со­бой. Они определяют характер, направленность миграции электрически заряженных частиц и дифференциацию вещест­ва по плотности Геофизические поля обусловливают движе­ние воздушных масс и круговорот воды и вещества на Зем­ле, процессы смещения горных пород, их растворение, окис­ление и т. д.

Изучение геофизических полей имеет большое значение для практических целей. Так, установлены тесные зависи­мости между, магнитной активностью, различными природными процессами и самочувствием людей. В частности, об­наружено, что изменения атмосферного давления, темпера­туры воздуха, засухи, похолодания, потепления и другие про­цессы на Земле тесно связаны с ее магнитным полем. С по­мощью геофизических полей в широких масштабах выпол­няется разведка полезных ископаемых

Геофизический параметр. Каждое геофизическое поле определяется своими присущими ему параметрами (величи­нами). Геофизический параметр – это величина, значения которой служат для различия элементов геофизических по­лей. Например, гравитационное поле характеризуют уско­рением свободного падения, термическое –распределением температур и тепловых потоков, геомагнитное – полным век­тором напряженности, магнитным склонением, наклонением и другими элементами магнетизма, электромагнитное – век­торами магнитной и электрической компонент, упругое – вре­менем и скоростями распространения продольных, попереч­ных и другими упругими параметрами, радиационное – ин­тенсивностью естественного или искусственного излучения, барическое – давлением и т. д. В каждой точке и в каждый момент времени геофизические параметры, характеризующие данное поле, имеют вполне определенное значение, неодинаковое в различных частях пространства. Иными словами, гео­физическое поле характеризует пространственное распреде­ление геофизических параметров, которые изменяются во времени.

Величина параметров геофизических полей на земной поверхности и под ней, в море и океане, в воздухе и космосе зависит как от общего строения Земли и околоземного про­странства, так и от происхождения полей и изменения фи­зических свойств горных пород.

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/с 2 и т. д.

Потенциал геофизического поля. Это работа, проведен­ная внешними силами для внесения единичного положитель­ного источника в данную точку поля из бесконечности при ус­ловии, что напряженность в бесконечности равна нулю. Эта работа придает источнику некоторый энергетический потен­циал U. Между напряженностью геофизического поля Е и потенциалом U имеется связь Е= -gradU. Знак минуса в этом уравнении означает, что градиент направлен в сторо­ну увеличения потенциала, а напряженность – в сторону его падения.

Геофизическое явление. Это определенный физический процесс, сопровождающийся резким (качественным) измене­нием состояния геофизических полей или отдельных их сто­рон. Примеры геофизических явлений: полярные сияния, магнитные бури, грозы, землетрясения, движение магнитных полюсов, образо­вание и таяние льда и снежного покрова, снежные лавины, сели, земные и морские приливы и т. д.

4. Методы геофизических исследований , а их в настоящее время насчитывается более сотни, направлены на получение информации о физико-химическом состоянии и строении Зем­ли в целом и отдельных ее геосфер, на изучение физических процессов и явлений, происходящих на поверхности и в нед­рах земного шара, в атмосфере, гидросфере и околоземном пространстве, а также на установление механизма взаимного влияния геосфер.

Существуют различные классификации методов геофизических исследований. По месту проведения они 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.

В зависимости от поставленных целей методы геофизичес­ких исследований делятся на две большие группы. Одна из них включает методы изучения строения, состава и свойств геосфер, другая – методы изучения геофизических полей, ве­личин и явлений.

Методы исследования строения, состава и свойств гео­сфер включают в себя методы прямого и косвенного зонди­рования оболочек Земли и комплексный метод зондирования геосфер из космического пространства.

Метод прямого зондирования позволяет определять ин­тересуемый параметр путем непосредственных инструмен­тальных измерений. Обычно прямые измерения применяют для изучения земной коры (в основном верхних ее слоев), при­земных и реже верхних слоев атмосферы, поверхностных и реже глубоких слоев Мирового океана, верхней толщи ледни­ков. вечной мерзлоты, рек, озер, водохранилищ, снежного и ледяного покрова и т д

При прямом зондировании измерительные приборы от­правляют до определенной высоты (глубины) в соответ­ствующие геосферы Земли с помощью специальных приспособлений – зондов. Для изучения воздушной оболочки Земли измерительные приборы поднимают на шарах-пилотах, ша­рах-зондах (последний рекорд подъема близок к 55 км), спе­циальных самолетах-зондировщиках, метеорологических (до высоты 60–80 км) и геофизических (до высоты 400–500км) ракетах, а также на метеорологических спутниках с высотой орбиты до нескольких тысяч километров. Показания ракетного зондирования передаются по радио. Спутники передают фототелевизионные и инфракрасные изображения облачного покрова по всему земному шару. Количество информации, поступающей со спутни­ков, огромно. Например, за сутки один спутник «Метеор» передает на приемные пункты такое же количество инфор­мации об атмосфере, какое поступает со всех наземных ме­теорологических станций мира за сезон.

С 60–х гг. XX в широко развивается лазерное зондиро­вание атмосферы, позволяющее получать широкий набор сведений о воздушной оболочке Земли и производить измерение ее параметров на любой высоте и в любом направ­лении.

По данным прямого зондирования атмосферы определяют состав воздуха, его температуру, влажность, давление, высоту и толщину облаков, направление и скорость ветра, солнечную и земную радиацию, параметры солнечного ветра, загрязняющие атмосферу вещества, прозрачность воздуха

Значительно сложнее обстоит дело с прямым зонди­рованием земных недр, гак как современное техническое обо­рудование позволяет изучать физические параметры лишь самого верхнего горизонта твердой оболочки Земли. Одним из способов прямого зондирования земной толщи является бурение. История бурения уходит в глубокую древность. Еще за 4000 лет до н. э. египтяне при постройке пирамид бурили скважины, применяя трубчатые бронзовые наконеч­ники со вставленными в них алмазами. В Китае скважины Для добычи соляных рассолов бурились свыше 2000 лет назад. В России первые скважины с этой же целью были про­бурены в XII в.

Новый этап изучения глубинною строения Земли начался с 70-х гг. XX в. с бурения Кольской в северо-западной части Кольского полуострова, Саатлинской на Кавказе, Тюменской в Западной Сибири и других сверхглубоких скважин. В 1991 г. глубина уникальной Кольской сверхглубокой сква­жины достигла рекордной отметки – 12261 м. Ее диаметр – 245мм. Несмотря на большие трудности, увеличивающиеся при прохождении каждого очередного метра, ее бурение продолжается со средней скоростью 1 км за шесть лет. Пред­положительно оно закончится на отметке 13 км. Впервые в мировой практике получены непосредственные данные, ха­рактеризующие глубинное «дыхание» Земли – поток газов (азота, метана, парообразной ртути и др.), поступающих из глубоких горизонтов. Обнаружено более 20 видов микро­организмов, что подтверждает идею академика В И Вер­надского о существовании жизни на Земле в докембрийскую эпоху – 1,6–1,9 Млрд. лет назад. Более того, при бурении извлечен грунт, по всем параметрам схожий с лунным. Это дает весомый аргумент в пользу тех ученых, которые счи­тают, что Луна –оторвавшаяся в незапамятные времена часть Земли.

В акватории Мирового океана бурение началось с 1968 г. Рекордной по глубине заложения является скважина на склоне Марианской впадины у острова Гуам, океанское дно в пределах которого погружено на 7044м. Самая глубокая скважина проникла ниже дна океана в породах осадочного чехла на глубину 1741м, а в базальтах – до 846м.

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.

Физическая природа геофизических полей и явлений различна. Она может быть магнитной, электрической, сейсми­ческой и т. д. В связи с этим 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.

Методы исследования геофизических полей, величин и явлений. Эта группа методов по существу представляет со­бой полный комплекс методов изучения природы стацио­нарных наблюдений, экспедиционный, экспериментальный и теоретического анализа. Эти методы взаимно дополняют друг друга, но при решении основных геофизических задач глав­ными являются стационарные наблюдения и теоретический анализ.

Метод стационарных наблюдений служит для инстру­ментальных измерений параметров геофизических полей (маг­нитное склонение, напряженность геомагнитного поля, темпе­ратура, атмосферное давление, влажность и т. д.) и для ви­зуальной оценки геофизических явлений (снежные лавины, сели, песчаные бури, полярные сияния и т. д.). Сущность метода заключается в том, что в выбранном месте произ­водятся непрерывные многолетние (многие десятки и даже сотни лет) наблюдения за параметрами того или иного гео­физического поля или явления.

Экспедиционный метод представляет собой комплексное синхронное обследование с помощью инструментальных изме­рений и визуальных наблюдений обширных районов или гео­физических объектов по специально разработанным програм­мам Метод позволяет изучить в основном те физические про­цессы т; явления, которые, различаясь в пространстве, мед­ленно меняются во времени. Экспедиционные исследования дают возможность путем кратковременных наблюдений (от нескольких суток, сезона до нескольких лет), преимуществен­но маршрутного характера, сравнительно быстро охватить большие территории и акватории.

Экспедиционные исследования необходимы при производ­стве различных геофизических съемок: гравиметрической, магнитной, метеорологической, океанологической, гидрологи­ческой и др., позволяющих оценить в пространстве измене­ние того или иного геофизического параметра. Существенный его недостаток полу­ченные в экспедициях материалы характеризуют состояние того или иного геофизического объекта лишь за короткий промежуток времени, относящийся к периоду их работы или иногда к следам, оставленным геофизическими процессами прошлых лет.

Экспериментальный метод позволяет моделировать тот или иной геофизический процесс или явление в лабораторных условиях, чтобы изучить их возникновение, развитие и затухание. На моделях, задавая внешние условия, изучают и сами явления и влияние на них различных факторов. Экс­периментируя, исследователь вмешивается в ход физических процессов, меняет условия, в которых сил протекают, вво­дит одни факторы и исключает другие с целью выяснения причинных связей в явлениях Метод позволяет также подыс­кивать в естественных условиях такое сочетание элементов данного явления, что их наблюдение и измере­ние может привести к получению причинных зависимостей между ними

Экспериментальные исследования получили наиболее широкое распространение в физике атмосферы и гидрофизике. Проведены эксперименты, которые впоследствии подтвердились на практике, по увеличению на ограниченных площадях количества выпадающих твердых и жидких ат­мосферных осадков, по рассеиванию переохлажденных тума­нов, предупреждению образования града, радиолокационно­му обнаружению зарождения и развития снежных лавин, гро­зовых облаков и т. д.

Метод теоретического анализа является завершающим звеном обобщения данных наблюдений и измерений, прово­димых любым из указанных выше методов–стационарным, экспедиционным и экспериментальным Теоретический ана­лиз включает в себя, с одной стороны, использование об­щих физических закономерностей, проявляющихся в про­странственных и временных изменениях элементов геофизических процессов и явлений, а с другой – обобщающую пе­реработку самих измерений и наблюдений. Так, на основании теоретического анализа созданы эволюционная геохимичес­кая модель Земли, модель внутреннего ее строения.

При обобщении измерений и наблюдений в геофизике как и в других точных науках, применяется статистический и физико-математический анализ.

Учебные наглядные пособия, используемые на лекции:

Плакат «Схема структуры геофизики и ее связи с другими науками»

Вопрос №1. Что изучает геофизика?

Геофизика, комплекс наук, исследующих физическими методами строение Земли. Геофизика в широком смысле изучает физику твердой Земли (земную кору, мантию, жидкое внешнее и твердое внутреннее ядро), физику океанов, поверхностных вод суши (озер, рек, льдов) и подземных вод, а также физику атмосферы (метеорологию, климатологию, аэрономию).

Вопрос №2. На какие методы подразделяются все геофизические исследования?

Электромагнитные

Сейсмоакустические

Скважинные

Гравитационные

Ядерная физика

Термометрия

Сопутствующие

Вопрос №3. Какие геофизические методы можно выполнять в аэроварианте?

Электроразведка

Магниторазведка

Гравиразведка

Гамма-съемка

Вопрос №4. Что такое морская геофизика?

Применяется при поисках и изучении месторождений полезных ископаемых в пределах континентального шельфа, а также материкового склона и ложа Мирового океана.

Задачи М. г. р.: изучение глубинного строения земной коры под водами морей и океанов; поиски и подготовка к разведочному бурению площадей, перспективных на нефть и газ; картирование подводных россыпных месторождений, М. г. р. использует методы магнитометрии, гравиметрии, электроразведки, ядерной геофизики, сейсмической (также сейсмоакустической) разведки. Последний метод имеет важноезначение для поисков структур, перспективных на нефть и газ.

Вопрос №5. Какие задачи можно решать с помощью геофизических исследований?

Выявление состава, структуры, состояния ГП, слагающих земную кору;

Поиски и разведка МПИ (Н, Г, уголь, полиметаллические руды, золото, серебро, редкоземельные элементы);

Изучение геологической среды для промышленного, сельскохозяйственного, гражданского и военного освоения;

Мониторинг экологической обстановки;

Мониторинг геологических объектов (подземных хранилищ Н и Г, месторождений угля, состояния бортов карьеров, горных выработок и др.)

Вопрос №6. Какие стадии геофизических исследований существуют?

Проектирование работ.

Полевые работы.

Камеральные работы.

1. Проектирование работ

• Методика работ

  Отчетная документация

  Сметная стоимость работ

  Сроки выполнения (календарный план)

2. Полевые работы.

Топографическая съемка

Сеть геофизических наблюдений (ПР)

Выполнение геофизических наблюдений (изменений) в точках сети

Предварительная обработка полевых материалов

Сдача полевых материалов (акт приемки)

Полевые исследования.

Исследования проводят по профилям или точкам наблюдения. Профили ориентируют в крест простирания интерпретируемого объекта, если он имеет вытянутую форму.

3. Камеральная обработка данных

Визуализация геофизических материалов (карт, графиков)

Информационный анализ геофизических материалов

Геологическая интерпретация геофизических материалов (ФГМ)

Вопрос №7. Что изучает гравиразведка?

Отдельный раздел гравиметрии – науки, занимающейся изучением поля силы тяжести Земли, а также характером распределения его источников.

Изучение геологического строения земной коры, поиски и разведка МПИ с применением гравиметрии.

Вопрос №8. Что такое поправка Фая (суть и формула)?

В наблюденные значения силы тяжести вводятся поправки (редукции). Введение поправок необходимо потому, что нормальные значения относятся к поверхности геоида, которая совпадает с уровнем океана, а измеренные значения относятся к действительной (реальной) земной поверхности. Для того, чтобы все наблюдения силы тяжести были сопоставимы, их приводят к одной поверхности - уровню геоида, т.е. как бы опускают точку наблюдения на этот уровень. Это осуществляется путем введения поправок за высоту, за притяжение промежуточного слоя и окружающий рельеф. Поправки называются редукциями.

Основными из них являются: поправка за высоту, за притяжение промежуточного слоя, за рельеф.

Для приведения измеренного значения к уровню океана вводят поправку за высоту (). Эту поправку называют поправкой за "свободный воздух" или поправкой Фая. Формула для расчета поправки за высоту имеет вид: , где в миллигалах, а (высота над уровнем моря) в метрах. Эта поправка должна прибавляться к измеренной силе тяжести, если точка наблюдений находится выше уровня геоида, и вычитаться, если ниже.

Вопрос №9. Что такое поправка Буге (суть и формула)?

Для учета масс, расположенных в слое между физической поверхностью и уровнем моря, используют специальную поправку, которая называется поправкой за промежуточный слой

✔ Первое допущение заключается в том, что плотность в слое можно считать постоянной. Это неизбежное допущение по понятным причинам.

✔ Второе допущение заключается в том, что в расчетах поправки можно использовать модель горизонтального слоя, проходящего через данную точку наблюдений.

Суммарная поправка за высоту и промежуточный слой называется поправкой Буге.

Δg Буге = g + 0,3086 H -0,0419 σ h + δg рельеф - γ 0

Мы уже говорили, что в районах с сильно пересеченным рельефом поправка за промежуточный слой становится слишком грубым приближением и возникает необходимость учитывать влияние рельефа с помощью введения дополнительной поправки.

Такая поправка называется топографической или за окружающий рельеф.

При высокоточной съемке возникает необходимость учета притяжения Луны и Солнца. Это дополнительное притяжение возникает при приливах в твердой оболочке Земли, и достигает максимальных значений в четверть метра.

Влияние солнечно-лунного притяжения учитывают с помощью специальных графиков, полученных по астрономическим данным. Максимальное значение поправки для Луны – 0.25 мГал, для Солнца – 0.1 мГал.

Вопрос №10. Что такое поправка Прея (суть и формула)?

Цель данной поправки сводится к приведению на уровень геоида значения силы тяжести, наблюденные на физической поверхности Земли, без какого-либо перемещения масс. Поправка вводится, если измерения проведены под землей или под водой.

Вопрос №11. Укажите методы измерения гравитационного поля?

Гравиметры - приборы для измерения ускорения силы тяжести. Большинство современных гравиметров. построено по схеме вертикального сейсмографа Голицина. Гравиметр - весьма чувствительный прибор. Его главной частью является грузик (масса), подвешенный на пружине. Изменения ускорения силы тяжести вызывают изменения веса грузика, соответственно пружина удлиняется либо поворачивается на некоторый угол. С помощью дополнительной пружины грузик выводится в исходное положение. Мерой изменения ускорения силы тяжести g служит изменение натяжения измерительной пружины. Чувствительная система современного гравиметра изготовляется из кварца или специального металлического сплава. Корпус гравиметра служит для предохранения чувствительной системы от механического, теплового и др. воздействия. Оптическая система и микрометр с высокой точностью фиксируют положение грузика и натяжение пружины. Наблюдения на одной точке занимают 4-5 мин. Сопоставляя показания гравиметра в смежных точках, определяют относительные приращения Δg вертикальной компоненты ускорения силы тяжести. Точность гравиметра позволяет определять Δg величиной до 0,01 мгл, т. е. 10-8 полной величины g. Гравиметры используются в гравиразведке для изучения земной коры, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых.

Вопрос №12. Что такое геоид, что такое эллипсоид?

Форма Земли:

1 приближение – сфера (r1=r2)

2 приближение – Эллипсоид (r2-r1=20км) усредненное значение

3 приближение – Геоид. По спокойной поверхности океанов и морей

Вопрос №13. Укажите типы моделей в геофизике и их характеристику.

Геофизика -это сравнительно молодая наука, которая сформировалась только к середине XIX века. На сегодняшний день важными целями геофизиков является: охрана окружающей среды, исследование природных ресурсов, контроль ядерных опытов, составление прогнозов и научное предсказание стихийных бедствий.

Что такое геофизика?

Геофизика - это целый комплекс наук, которые исследуют строение Земли при помощи физических методов. Геофизика изучает Землю со всех сторон и очень многопланово. Она включает в себя изучение ядра, мантии, рек, льдов, океанов и атмосферы Земли. Термин «геология» был введён норвежским учёным М. Эшольтом в 1657 году.

Геофизика будет интересна людям, которые интересуются космосом. Геофизика, космос очень связаны, так как научные методы позволяют предсказывать некоторые изменения в мировом пространстве. Космос представляет собой такую же субстанцию для изучения, как суша или рельеф поверхности земли.

Разведочная геофизика

Разведочная геофизика очень важна для науки и общества. Её методы просты и удобны, поэтому применяются повсеместно. Разведочная геофизика занимается подробным исследованием строения Земли. Главной целью исследований является поиск и нахождение полезных ископаемых. Кроме того, ищутся причины, которые могут послужить возникновению залежей. Изучение может проводиться на суше и на водной части Земли, а также в воздухе и космосе. Разведочная геофизика очень популярна и часто используема из-за того, что процедура проводится достаточно быстро, является очень эффективной, требует минимум средств и предоставляет надёжные результаты.

К методам разведочной геофизики следует отнести: сейсморазведку, гравиразведку, электроразведку, магниторазведку, радиометрию, ядерную геофизику, теплометрию и исследование скважин. Рассмотрим эти методы более подробно.

Сейсморазведка

Сейсморазведка основывается на исследовании строения Земли при помощи регистрации и возбуждения упругих волн. Любые породы земной коры можно дифференцировать по упругости поверхности при помощи скорости поперечных и плотности и коэффициенту Пуассона. Узнать геологическое строение породы возможно благодаря вторичным волнам, которые образуются на границе каждого слоя. Упругость вторичных волн даёт обширную информацию для учёного. Сейсмоприёмники помогают преобразовать колебания волны в электрический сигнал. Лучше всего полученную информацию изображать в виде графиков или сейсмограмм. Строение коры Земли лучше всего изображать при помощи разрезов и карт. Анализ таких карт позволяет определять место возможных залежей полезных ископаемых.

Гравиразведка

Гравиразведка изучает изменение ускорения при свободном падении и влияние этого фактора на плотность тела. Этот метод часто используют при исследовании глубоких слоёв земной коры и верхней части мантии. Кроме того, этот метод очень эффективен при исследовании поверхности на тектонические нарушения и при поиске полезных ископаемых. Гравиразведка позволяет детально изучать внутреннее строение горных пород и их местонахождение. Для гравиразведки применяются специальные приборы - гравиметры, которые способны измерять

Магниторазведка

Геофизика - это наука, в которой важное место принадлежит геомагнетизму, который изучает магнитное поле Земли и некоторых горных пород. Возможность измерения направления и интенсивности магнитного поля позволяет изучать происхождение пород, дрейф материков и тектонику плит. Для поиска полезных ископаемых часто используется магнитная наземная, морская и аэромагнитная съёмка. Магниторазведка предоставляет большой объём информации для исследования аномальных явлений.

Электроразведка

Электроразведка помогает досконально изучить отдельные параметры Методы этого вида геофизики делятся на виды по характеру источника и его типу.

Геофизика как профессия

Работа геофизиком может быть очень разнообразна, так как существует множество отдельных направлений. Такая профессия очень интересна из-за того, что совмещает в себе разные виды деятельности: можно трудиться в лаборатории, строить графики за компьютером или исследовать породы в полевых условиях. Кроме того, работа геофизиком позволит путешествовать по миру, ведь опытные образцы могут понадобиться из пустыни, реки, тундры, гор и т. д. Именно поэтому геофизик должен быть спортивно подготовлен, чтобы активно принимать участие в экспедиции. Иногда необходимо будет пробираться в труднодоступные места, несмотря на холод или жару.

В этой профессии тесно связано исследование теоретических вопросов с решением практических проблем. Поскольку минеральные и энергетические ресурсы любой страны во многом обеспечивают её экономическое состояние, профессия геолога всегда востребована на рынке труда. Социально-экономическая роль геологов в жизни общества огромна, так как их работа позволяет избегать экономических кризисов или выходить из них с наименьшими затратами ресурсов. В России профессия геолога имеет особое значение, так как территория страны очень велика и богата месторождениями полезных ископаемых. Занимательно, что даже на сегодняшний день нельзя достоверно говорить о том, что геологам России известны все месторождения полезных ископаемых.

Работа геологов состоит из множества этапов. Основные из них - это проведение поисковых работ, оценка состояния, обеспечение геологического обслуживания, установление месторождений, изучение геологической структуры, осуществление контроля и обобщение полученного геологического материала.

Инструментарий геофизика

Так как геофизики проводят сложные работы по исследованиям земной коры, ищут месторождения полезны ископаемых, занимаются сейсморазведкой, то в их арсенале находится много инструментов и приборов, которые позволяют собирать, накапливать и анализировать полученные данные. Обычно геофизик работает с гидрографическими, океанографическими, метеорологическими и гидрологическими инструментами. По результатам собранной информации учёные составляют карты, графики, определяют происхождение, возраст и состав горных пород, а также толщину ледников и анализируют неоднородность дна океанов.

Геофизики активно занимаются сейсморазведкой, проводя искусственные взрывы и создавая волны. Полученные результаты тщательно изучаются и анализируются на компьютере. Геофизика - это такая наука, которая требует от учёного много знаний в разных сферах. Геофизик должен уметь определять геофизические особенности изучаемого района, уметь работать с компьютерными программами и правильно составлять карты. Строительная геофизика является большой базой знаний для исследований геофизиков.

Институт геофизики РАН

Институт геофизики создан с целью развития геофизической науки. Работники и преподаватели института принимают активное участие в разнообразных международных конференциях. Материально-техническая база довольно богата: есть цифровая аппаратура для исследования геофизических полей, специальная аппаратура для проведения термо- , сейсмо- и магнито-исследований в глубоких скважинах, комплекс для наблюдения за радоном - вестником землетрясений.

Учащиеся могут защитить в институте докторскую и кандидатскую диссертацию, и продолжить свою карьеру в стенах института. Также действует аспирантура. Основные направления в исследованиях основываются на изучении сейсмометрии, региональной геофизики, электрометрии, математической геофизики, геодинамики, промышленной и экологической геофизики.

Также институт славится своими разработками, которые позволили упростить и систематизировать информацию, полученную из первичных источников. В институте были изобретены: система для регуляции сейсмической активности «Синус», магнитометр обычный и скважинный, аппаратурный комплекс для проведения геоакустического каротажа, наземный трехэлементный магнитометр и скважинный каппометр.

Праздник

День геофизика отмечается в первое воскресения апреля. Праздник касается геологов, гидрогеологов, геохимиков, геоэкологов и т. д. Этот праздник начинает свою историю с 1966 года в СССР. На сегодняшний день в России праздник не считается государственным, но в кругах учёных о нём помнят. Некоторые страны бывшего СССР и вовсе признали его государственным.

История праздника уходит корнями в 1966 год, когда решил отблагодарить советских геологов за создание минерально-питьевой базы для страны. Официальным поводом стало открытие месторождений нефти и газа в Западной Сибири. отмечается в первое воскресение апреля неспроста, ведь именно с весны начинается активная подготовка к экспедициям. Инициатором создания такого праздника выступил академик А. Л. Яншин. День геолога отмечается в Белоруссии, Кыргызстане, России и Украине.

Где учиться?

Перед тем как выбирать место для учёбы, следует понять в какой области будущий геолог хотел бы трудиться. В геологии есть множеств различных направлений и спецификаций. Очень перспективны климатология и геофизика, так как правильные прогнозы погоды всегда будут необходимы обществу.

Обучиться профессии геолога можно в Московском государственном университете, в Государственном университете Санкт-Петербурга, в Государственном горном институте, в Российском государственном университете нефти и газа, в Московском горном университете и т. д. Большое количество учебных заведений и направлений для обучения позволяют любому желающему выбрать направление и вуз.

Геофизик - профессия, где учат не только теоретическим методам, но также правилам выживания в суровых условиях природы. Ведь будущий геолог может работать в промышленных добывающий организациях, независимых геологических организациях, исследовательских центрах, буровых партиях и разведочных экспедициях.

Следует понимать, что работа геологом будет недоступна для некоторых студентов по состоянию физического или психического здоровья. В приёме в высшее учебное заведение будет отказано абитуриентам, которые имеют заболевания сердца, органов пищеварения, позвоночника, перепады давления, часто теряют сознание, страдают от судорог и расстройства координации движений, нарушения слуха и вестибулярного аппарата, нарушения при различении цветов и т. д.

Качества геолога

Геофизик - профессия, которая потребует от человека важных черт характера. Кроме отличного физического здоровья, необходимо иметь развитую память, наблюдательность, умение работать в коллективе, аналитические способности, умение ориентироваться в пространстве, самостоятельность, глобальное мышление, логику, упорство и эмоциональную устойчивость.