geofizyka
 
Encyklopedia
geofizyka
[gr. gḗ ‘ziemia’, physikḗ ‘przyrodoznawstwo’ < phýsis ‘natura’, ‘przyroda’],
nauka o Ziemi jako ciele fizycznym;
przedmiotem jej badań są wszelkie zjawiska i procesy fizyczne, które zachodzą lub zachodziły w przeszłości we wnętrzu Ziemi, w hydrosferze, atmosferze ziemskiej i w okołoziemskiej przestrzeni kosmicznej oraz opisanie i wyjaśnianie tych procesów za pomocą praw fizyki. Geofizyka dzieli się na: fizykę wnętrza Ziemi (zwaną czasami fizyką litosfery), oceanologię, hydrologię, fizykę atmosfery i fizykę przestrzeni okołoziemskiej.
Do fizyki wnętrza Ziemi należą: sejsmologia, geomagnetyzm (magnetyzm ziemski), grawimetria, geotermika. Do tego działu geofizyki należy także geofizyka poszukiwawcza
Wody występujące na Ziemi bada oceanologia i hydrologia kontynentalna, hydrometeorologia (nauka o wodzie w atmosferze ziemskiej), glacjologia i hydrogeologia (zaliczana również do geologii).
Fizyka atmosfery (zwana też często meteorologią) zajmuje się badaniem procesów zachodzących w atmosferze ziemskiej.
Fizykę przestrzeni okołoziemskiej można ogólnie podzielić na fizykę jonosfery i fizykę magnetosfery; zjawiska wchodzące w zakres badań fizyki przestrzeni okołoziemskiej to m.in.: zorze polarne, zmiany zewnętrznego pola magnetycznego i ich związek z zaburzeniami na Słońcu, powstawanie i zachowanie się plazmy w atmosferze ziemskiej, oddziaływanie pola magnetycznego Ziemi z wiatrem słonecznym, pasy radiacji.
Należy podkreślić pewną sztuczność powyższych podziałów, bowiem związki między poszczególnymi działami geofizyki są często bardzo silne; czasami jest to wspólny przedmiot badań, np. pole magnetyczne Ziemi bada zarówno geomagnetyzm, jak i fizyka magnetosfery, górnymi warstwami atmosfery zajmuje się aeronomia i fizyka jonosfery; wpływ wyników badań jednego działu geofizyki na inny może być bardzo silny (np. hydrologii na meteorologię), także silne są związki geofizyki z innymi naukami o Ziemi — z geologią, geodezją, geografią fizyczną i astronomią (niektóre z wymienionych wyżej dyscyplin zalicza się także do geografii, geodezji lub geologii). Geofizyka korzysta z metod i teorii różnych działów fizyki, a także astronomii i sama wnosi do nich swój wkład. Rozwój astronautyki w ostatnich latach pozwolił na użycie metod geofizyki do badań innych planet, satelitów i planetoid. Z tego powodu obecnie nazwy „geofizyka” używa się też dla fizyki planet: Marsa, Wenus i in.
Historia. Postępy geofizyki były i są uzależnione od postępów fizyki. Fakt spłaszczenia Ziemi na biegunach i rosnącej ku środkowi Ziemi gęstości jej wnętrza pierwszy przewidział i objaśnił I. Newton (1687). W XVIII w. i na początku XIX w. matematycy i fizycy, m.in. C. Maclaurin, A.C. Clairaut, P.S. Laplace, L. Euler, C.F. Gauss, stworzyli podwaliny wielu podstawowych teorii geofizycznych odnoszących się do kształtu Ziemi, praw rządzących jej ruchem obrotowym, magnetyzmu ziemskiego, zjawisk przypływów i odpływów. W ciągu XIX w. i na początku XX w. opracowano wiele nowych matematycznych teorii licznych zagadnień geofizycznych (m.in. G.B. Airy, J.H. Pratt, C. Jacobi, G.G. Stokes, W. Thomson, H. Poincaré, M. Rudzki, A.M. Lapunow). Początkowo geofizyka rozwijała się jako nauka teoretyczna; przeprowadzano wprawdzie prace obserwacyjne (np. pomiary elementów ziemskiego pola magnetycznego i ich zmian czasowych dokonane 1837–43 w obserwatoriach tzw. Związku Magnetycznego, zainicjowane przez A. von Humboldta i zapoczątkowane przez Gaussa), jednak liczba pomiarów i ich dokładność były zbyt małe, by wykazać istotne błędy obowiązujących teorii. Dopiero na przełomie XIX i XX w. nastąpiła gruntowniejsza konfrontacja poglądów dominujących w geofizyce XIX w. z wynikami obserwacji, co przyczyniło się do szybkiego rozwoju geofizyki. Powstały pierwsze uniwersyteckie katedry geofizyki: w Polsce 1896 (Uniwersytet Jagielloński — Rudzki), w Niemczech 1898 (uniwersytet w Getyndze — E. Wiechert). Odkrycia: 1902 — stratosfery przez R. Assmana i L. Teisserenc de Borta, 1906 — jądra Ziemi przez R.D. Oldhama oraz 1909 — skoku prędkości fal sejsmicznych u podstawy skorupy ziemskiej, przez A. Mohorovičicia, obaliły teorię o ciągłym charakterze geosfer; odkrycie promieniotwórczości wykazało błędność poglądów o stanie cieplnym wnętrza Ziemi. Wśród działów fizyki wnętrza Ziemi na czoło wysunęła się sejsmologia. W 1907 G. Herglotz i 1910 H. Bateman, na podstawie znajomości pozornej prędkości fal sejsmicznych na powierzchni Ziemi, wyznaczyli prawo zmiany rzeczywistych prędkości tych fal wraz ze wzrostem głębokości, co znalazło zastosowanie jako podstawa sejsmicznego sondażu skorupy i wnętrza Ziemi. W ten sposób, dzięki systematycznym pracom (1930–40) B. Gutenberga, H. Jeffreysa i K. Bullena, zlokalizowano wszystkie główne strefy wnętrza Ziemi i określono ich właściwości sprężyste.
W 1. połowie XX w. odkrycie nowych faktów spowodowało wyodrębnienie nowych dziedzin geofizyki; powstała np. meteorologia dynamiczna, której podstawy stworzył 1910 V.F. Bjerknes; 1917–18 R.J. Strutt wyjaśnił rolę ozonu w procesie pochłaniania promieniowania w atmosferze; 1925 badania E.V. Appletona pozwoliły na uzyskanie bezpośrednich dowodów istnienia jonosfery. Przeprowadzano również badania hydrosfery, które dotyczyły zwłaszcza bilansu energetycznego planetarnej cyrkulacji wód oceanicznych, wgłębnych prądów oceanicznych oraz roli, którą w cyrkulacji oceanicznej odgrywa topografia dna oceanu światowego.
Współcześnie rozwój wszystkich działów geofizyki kształtuje się pod wpływem możliwości uzyskanych dzięki rozwojowi astronautyki, wprowadzeniu techniki komputerowej i nowych technik pomiarowych; ważne znaczenie ma także współpraca międzynarodowa, której celowość ujawnił już I Rok Polarny (1882–83), a potwierdził II Rok Polarny (1932–33). Trwałe formy współpracy zapewniło założenie 1922 Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki. Wspólne badania geofizyczne na olbrzymią skalę zostały przeprowadzone w okresie Międzynarodowego Roku Geofizycznego (1957–58); brało w nich udział 66 krajów i ponad 60 tysięcy specjalistów; zgromadzono wiele szczegółowych danych o wielu zjawiskach dotąd niedostatecznie poznanych (jak burze magnetyczne, zorze polarne, świecenie własne atmosfery) oraz danych o obszarach Ziemi słabo zbadanych (np. Antarktyda, rowy oceaniczne). Badania te rozszerzyły zakres zainteresowania geofizyki na sąsiadującą z Ziemią przestrzeń kosmiczną, co stało się możliwe dzięki coraz szerszemu stosowaniu do celów badawczych rakiet geofizycznych i (od 1957) sztucznych satelitów Ziemi. Obecnie, oprócz badań nad wnętrzem Ziemi, badań głębin oceanicznych, Arktyki i Antarktydy, eksploracja najwyższych warstw atmosfery oraz przestrzeni kosmicznej staje się naczelną rozwojową tendencją geofizyki
Geofizyka w Polsce. Badania naukowe z zakresu geofizyki prowadzi Instytut Geofizyki PAN, który koncentruje się głównie na fizyce litosfery i, w mniejszym stopniu, na fizyce atmosfery i hydrologii; te ostatnie dziedziny stanowią główny przedmiot badań Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej. Nad problemami oceanologii pracuje Instytut Oceanologii PAN, fizyką przestrzenii okołoziemskiej zajmuje się Centrum Badań Kosmicznych. Działają m.in. centralne obserwatorium geofizyczne w Belsku Dużym koło Grójca, a także 2 stacje polarne: od 1957 stacja Hornsund na Spitsbergenie, od 1977 stacja Arctowski na Wyspie Króla Jerzego w Szetlandach Południowych. Od lat 90. XX w. rozwijają się badania skorupy ziemskiej i górnego płaszcza Ziemi za pomocą głębokich sondowań sejsmicznych (projekty: Polonaise 97 i Celebration 2000), które należą do najbardziej znaczących badań tego typu na świecie. W wielu innych ośrodkach są rozwijane działy geofizyki służące konkretnym zastosowaniom praktycznym. Placówki dydaktyczne mają: Instytut Geofizyki Uniwersytetu Warszawskiego (fizyka litosfery i atmosfery), AGH (geofizyka stosowana), Zakład Oceanologii Fizycznej Uniwersytetu Gdańskiego, Zakład Fizyki Morza Uniwersytetu Szczecińskiego i in. W 1947 utworzono Polskie Towarzystwo Meteorologiczne i Hydrologiczne, przemianowane 1963 na Polskie Towarzystwo Geofizyczne. Do polskich czasopism geofizycznych należą: „Acta Geophysica Polonica” (wydawane od 1953, obecnie przez Instytut Geofizyki PAN), „ Przegląd Geofizyczny” (wydawany od 1948, obecnie przez Polskie Towarzystwo Geofizyczne i Wydawnictwo Naukowe PWN).
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia