Геофизика

Геофизика

ГЕОФИЗИКА, физика земного шара, часть прикладной физики, занимающаяся применением физических методов и законов к изучению формы земли и происходящих в ней процессов.

Первым отделом геофизики является отдел, тесно связанный с геодезией и изучающий форму земного шара, которая в первом приближении является эллипсоидом вращения и м. б. исследована или путем градусных измерений, позволяющих определить сплющенность земного шара и абсолютные его размеры, или по наблюдениям над качанием маятника. В настоящее время сплющенность земного шара принимается равной 1/297. Изучение тяжести на поверхности земли приводит к заключению, что внутренние части земли д. б. более плотными, чем ее наружные части, а исследование землетрясений показывает, что земля имеет слоистое строение. Наиболее резко выражены границы слоев на глубинах около 1200 км и 2900 км, причем наружные слои имеют плотность от 2,7 до 4—5, средние слои от 5 до 9, и внутреннее ядро от 9 до 11. Ряд соображений приводит к заключению, что внутренние части должны состоять из металлов, главным образом из железа. Исследование изменения температуры с глубиной заставляет признать, что внутренние части земли весьма сильно нагреты, однако, это нагревание не доводит до плавления внутренние части земного шара целиком, и расплавленными являются только небольшие очаги, отделенные нерасплавленными породами. Теплота земли, как можно теперь полагать, зависит от радиоактивных процессов в коре.

Поверхность земли не является абсолютно ровной, какой она была бы, если бы состояла из жидких частей, имеющих разную плотность и расположенных слоями. Земля покрыта возвышениями - горами, образование которых объясняется различными причинами (сжатие земли благодаря охлаждению, действие центробежной силы на массы континентов, радиоактивность внешних слоев земли, действие приливов и отливов и прочее). В настоящий момент вопрос о горообразовании весьма деятельно обсуждается в геологической и геофизической литературе.

Чрезвычайно важное значение для выяснения вопросов о горообразовании и о внутреннем строении земли имеет отдел геофизики, изучающий распределение силы тяжести на земной поверхности - гравиметрия. Гравиметрические наблюдения показывают, что земля находится в состоянии т. н. изостатического равновесия. Это значит, что земная кора не представляет собой твердого целого, напоминающего свод. Она состоит из отдельных кусков, которые как бы плавают на внутреннем более пластическом слое. Боковым давлением эти куски поддерживают друг друга, но у них остается способность к движениям по вертикали. Если в каком-либо месте земная поверхность начинает испытывать дополнительную нагрузку, например, благодаря изменению климата будет возрастать ледниковый покров, то здесь земная кора будет прогибаться, а если данный ее кусок не особенно велик, то он будет опускаться целиком, пока не восстановится равновесие. И обратно: если нагрузка уменьшается, например, благодаря уничтожению горного массива от выветривания и размывания, то будет происходить поднимание. Т. к. причины, вызывающие нарушения изостатического равновесия, действуют непрерывно, то непрерывно происходят и нарушения в равновесии прилегающих друг к другу кусков земной коры, и, следовательно, непрерывно должно происходить взаимное смещение пород. Такие смещения слоев земли могут происходить или медленно (вековые смещения) или внезапно и быстро, сопровождаясь нарушением целости земной коры. Эти последние смещения являются одним из самых частых видов землетрясений. В огромном большинстве случаев землетрясения зависят от смещения горных пород, и только изредка они сводятся к другим причинам, среди которых имеют значение и вулканические извержения. Из сказанного следует, что землетрясения должны происходить весьма часто, и точные наблюдения подтверждают это. Изучение землетрясений доказывает, что на земле существуют особые области коры с уменьшенной устойчивостью, и только малая часть землетрясений возникает вне этих областей.

Наряду с гравиметрией учение о землетрясениях - сейсмология является важнейшим источником наших сведений о внутреннем строении земного шара. Вместе с тем гравиметрические и сейсмические методы, наряду с магнитными и электрическими, находят большое применение в геологической разведке, в частности для изысканий полезных ископаемых. У нас в СССР эти методы с успехом были применены для ряда практических работ и в настоящее время разрабатываются во многих научных учреждениях.

Следующим отделом геофизики, имеющим огромное значение в науке, является учение о земном магнетизме. Исследования, произведенные точными методами, показывают, что землю можно себе представить, в среднем, как однородно намагниченный шар. Направление намагничивания образует с осью вращения земли угол в 11°. Те же явления намагничивания можно представить себе, если предположить, что внутри земли находится малых размеров магнит, линия полюсов которого совпадает с направлением намагничивания земли. Как показывают наблюдения, направление оси намагничивания с течением времени изменяет свое положение, и степень намагничивания, по крайней мере, в последние десятилетия, уменьшается. Кроме этих вариаций земного магнетизма, зависящих от вековых действующих причин, имеются еще изменения двоякого рода. Одни из них зависят от внешних причин, воздействующих на поверхность земли. Сюда относится действие солнца, причем доказана связь между количеством солнечных пятен и магнитными возмущениями, которые сказываются в изменении направления и величины магнитной силы на поверхности земли. Спектроскопические исследования солнца показывают возможность образования огромных магнитных полей в окружности солнечных пятен; эти поля и создают магнитные возмущения, наблюдаемые на поверхности земли и носящие название магнитных бурь. Изменения второго рода представляют собою наблюдаемые в некоторых местах постоянные отклонения от нормы в направлении и величине магнитной силы. Это - так называемые местные магнитные аномалии, которые зависят от изменений в строении земной коры и от присутствия намагниченных полем земли магнитных минералов. Такое нарушение правильного распределения земного магнетизма встречается сравнительно часто на поверхности земли, причем как величина, так и направление силы магнетизма могут резко отклоняться. Самой большой из этих аномалий является магнитная аномалия в Курской губернии; с нею связана и значительная аномалия в силе тяжести. В некоторых местах наблюдается уменьшение магнитной силы. Эти места, являющиеся отрицательными аномалиями, также зависят от присутствия горных пород. Но в этом последнем случае породы немагнитны. Следующим отделом геофизики является учение об атмосферном и земном электричествах, причем установлено, что этот отдел в значительной степени связан с учением о земном магнетизме.

Некоторые авторы ограничивают геофизику только указанными отделами, однако, большинство ученых включает в область геофизики и учение о жидкой и газообразной оболочках земного шара. Чрезвычайно сложные движения воздушных масс изучались многими крупными физиками и механиками (Гельмгольц, Экснер, Вегенер, Бьеркнес и др.), и в настоящее время возникла новая наука - динамическая метеорология. Изучение движений водной оболочки, представляющей собой моря и океаны, находится в значительной зависимости от изучения движения газовой оболочки, которая благодаря трению создает движение прилегающих частей океана, и таким образом получаются, как можно показать на опыте, океанские течения, изменяющие распределение климата на поверхности земли. Изменения климата, вызываемые течениями, можно проследить, пользуясь картами разных геологических эпох вплоть до глубокой древности земного шара.

К отделам геофизики должно отнести атмосферные акустику и оптику, представляющие чрезвычайно интересные в теоретическом и экспериментальном отношении отделы. К атмосферной оптике относятся теории цвета неба, изучение явлений радуги, солнечных и лунных венцов, которые представляют собою наиболее трудные и интересные вопросы этого отдела. Многие задачи атмосферной оптики являются до сего времени не вполне разрешенными. К геофизике относятся, наконец, исследования катодных лучей, проникающих в земную атмосферу главным образом от солнца и создающих явления полярных сияний и связанных с ними магнитных бурь, как это показали исследования Штермера и Биркеланда. Сюда же относится и изучение открытых Милликеном космических лучей, попадающих на нашу землю из беспредельного звездного пространства.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 5 - 1929 г.