Geofizika

Geofizika (grč. γή = Zemlja, grč. φυσικά = svojstvo, priroda) je naučna disciplina koja proučava fizička svojstva Zemljine unutrašnjosti. Geofizika proučava fizička polja Zemlje (gravitaciono, magnetno, električno) i njihovu međusobnu interakciju, kao i fizička svojstva koja uslovljavaju kretanje seizmičkih talasa, kretanje električne struje, formiranje magnetno-telurskog polja, itd. Primenjena geofizika je naučna disciplina koja proučava sastav i strukturnu građu zemljine kore radi pronalaženja raznih mineralnih sirovina kao što su ležišta nafte, uglja, termalne vode idr.

Sunce utiče na generisanje električnih strujanja u jonosferi

Geofizičari se bave ispitivanjem prirodnih fenomena i njihove povezanosti u zemljinoj unutrašnjosti. Ti prirodni fenomeni su: zemljino magnetsko polje, toplotna kretanja, širenje seizmičkih talasa i gravitacione sile.

Šire shvaćena, geofizika podrazumeva i studiju kosmičkih fenomena koji utiču na pojave na Zemlji — kosmičko zračenje i sunčevu radijaciju ( sunčev vetar).

Zavisno od toga koje se fizičko polje izučava postoje sledeće geofizičke metode:

• seizmičke
• geoelektrične
• geomagnetska
• gravimetrijska
• radioaktivna
• geotermalna i dr.

Istorijat

Prva saznanja o magnetizmu su stečena još u 7. veku pre nove ere. Vilijam Džilbert 1600. godine, u svojoj knjizi De Magnete, povezuje uzroke magnetizma sa Zemljom. Prvi naučnik, koji je matematički dokazao da je izvor Zemljinog magnetskog polja u unutrašnjosti Zemlje, bio je Karl Fridrih Gaus. On je izveo formule, na osnovu kojih je moguće izračunati sve komponente magnetskog polja Zemlje, na bilo kojoj tački Zemljine površi.

Godine 1672, francuski astronom Žan Riše je došao do otkrića da postoje različite jačine sile Zemljine teže zavisno od mesta na zemljinoj površini. Francuski naučnik Pjer Buge je uspostavio mnoge osnovne gravimetrijske relacije, vezane za promenu gravitacionog ubrzanja sa nadmorskom visinom i geografskom širinom. Henri Kevendiš je prvi upotrebio torzionu vagu da bi utvrdio silu privlačenja između dve mase. Gravimetrijske metode počinju da se upotrebljavaju za istraživanje nafte već 1914. godine. Gravimetrija je prva geofizička metoda koja je uspešno primenjena u istraživanju ležišta nafte.

Prva naučna saznanja o zemljotresima počivaju na geofizičkim merenjima.

Gravimetrija

Gravimetrija je disciplina geofizike koja se bavi problemom merenja i određivanja veličina vezanih za gravitaciono polje Zemlje. Ovo merenje odnosi se na ubrzanja Zemljine teže ili razlike tog ubrzanja, horizontalne gradijente ubrzanja Zemljine teže (njegove promene na jedinicu dužine u horizontalnoj ravni) i veličine koje određuju zakrivljenost ekvipotencijalne površi sile Zemljine teže.

Metode merenja ubrzanja Zemljine teže dele se na dinamičke i statičke; prve za određivanje te veličine koriste kretanja koja se vrše pod dejstvom sile teže (oscilacije klatna, slobodan pad); druge se zasnivaju na posmatranju ravnoteže između sile teže i neke elastične sile, pri čemu se koriste gravimetri. Sama merenja mogu da budu apsolutna i relativna - prva daju ubrzanje teže na jednoj tački (na osnovu određivanja periode klatna), pomoću drugih se, u današnje vreme, dobija razlika ubrzanja teže pomoću dve tačke (na osnovu merenja gravimetrom).

Geomagnetizam

Geomagnetizam je oblast geofizike, čiji je predmet proučavanje geomagnetskog polja i fenomena koji su u uzročnoj vezi sa njim. Obuhvata proučavanje procesa magnetizacije stena pod dejstvom geomagnetskog polja, kao i stabilnost takvih vrsta magnetizacije.

Osnovu savremenom proučavanju geomagnetskih fenomena postavio je Fridrih Gaus, koji je i dokazao da se geomagnetsko polje može prikazati polinomom, čiji članovi predstavljaju polja fiktivnih dipola ili multipolova.

Proučavanja u domenu geomagnetizma vrše se terestričkim, aeromagnetskim ili satelitskim merenjima elemenata/komponenata geomagnetskog polja, na osnovu kojih se izrađuju geomagnetske karte, dok se tranzitni fenomeni registruju na geomagnetskim opservatorijama i sekularnim stanicama. Uzajamna veza geomagnetskih fenomena i aktivnosti Sunca proučava se u domenu magnetotelurskih i jonosferskih proučavanja. Upoznavanje karaktera geomagnetskog polja u bliskoj istorijskoj prošlosti predmet je arheomagnetskih proučavanja, dok se u oblasti paleomagnetizma vrše proučavanja o njegovom karakteru u toku geološke istorije.

Razvoj proučavanja u domenu geomagnetizma doveo je do razrade metodoloških postupaka namenjenih istraživanjima magnetičnih tela i pronalaženju geoloških struktura primenom metoda geomagnetskih ispitivanja, kao discipline primenjene geofizike.

Geoelektrika

Geoelektrične metode zasnivaju se na merenju potencijala električnog polja Zemlje, bilo prirodnog, bilo veštački izazvanog, i tumačenjem merenih vrednosti razlikama u otpornosti delova poluprostora, samim tim i razlikama u geološkoj građi poluprostora.

Postupci, koji se primenjuju u geoelektričnoj metodi, dele se na osnovu toga da li proučavaju prirodno ili veštački izazvano električno polje. Postupci koji mere jačinu telurskih struja, kojim se meri odnos pada potencijala ili sopstveni električni potencijal, mere jačinu potencijala prirodnog električnog polja. Postupci koji koriste veštački izazvano električno polje, češće se primenjuju prilikom istraživanja u geologiji. Tom prilikom koriste se sledeći postupci: geoelektrično sondiranje, geoelektrično kartiranje, geoelektrično skeniranje, itd.

Seizmika

Geofizička ispitivanja terena primenom seizmičkih metoda izvode se ponajviše u cilju istraživanja ležišta nafte, zatim za potrebe inženjersko - geoloških ispitivanja terena, kao i pri rešavanju pojedinih specifičnih problema iz ostalih domena geologije. Seizmička metoda je u velikoj meri danas zastupljena i pri istraživanju mineralnih sirovina. Objašnjenje za to je da postoje određena ograničenja u nalaženju plićih depozita, te se javila potreba za istraživanjima na većim dubinama, gde seizmička istraživanja igraju glavnu ulogu. Poseban značaj imaju pri istraživanju dubokih delova Zemljine kore i određivanju njene debljine. Interpretacija rezultata seizmičkih ispitivanja prevashodno je kvantitativna i daje najpouzdanije brojne podatke o građi Zemlje, koji se primenom geofizičkih metoda mogu da dobiju. Seizmička ispitivanja izvode se na kopnu i moru.

Literatura

• American Geophysical Union (2011). „Our Science”. About AGU. Pristupljeno 30. 9. 2011. 
• „About IUGG”. 2011. Pristupljeno 30. 9. 2011. 
• „AGUs Cryosphere Focus Group”. 2011. Arhivirano iz originala 16. 11. 2011. g. Pristupljeno 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. Arhivirano iz originala 23. 11. 2011. g. 
• Defense Mapping Agency (1984) [1959]. Geodesy for the Layman (Tehnički izveštaj). National Geospatial-Intelligence Agency. TR 80-003. Pristupljeno 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 izd.). 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. Pristupljeno 30. 9. 2011. 
• Hardy, Shaun J.; Goodman, Roy E. (2005). „Web resources in the history of geophysics”. American Geophysical Union. Arhivirano iz originala 27. 4. 2013. g. Pristupljeno 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”. Ur.: 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. str. 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) (Izveštaj). 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 izd.). 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. Pristupljeno 28. 2. 2007. 
• Sirvatka, Paul (2003). „Cloud Physics: Collision/Coalescence; The Bergeron Process”. College of DuPage. Pristupljeno 31. 8. 2011. 
• Sheriff, Robert E. (1991). „Geophysics”. Encyclopedic Dictionary of Exploration Geophysics (3rd izd.). 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 izd.). Walter de Gruyter. ISBN 978-0-89925-680-1. 
• Turcotte, Donald Lawson; Schubert, Gerald (2002). Geodynamics (2nd izd.). 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. 

Spoljašnje veze

• A reference manual for near-surface geophysics techniques and applications
• 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