Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Историческое развитие геофизике было мотивировано двумя факторами. Одним из них является любопытство человечества к исследованию планеты Земля и ее компонентов, ее событий и проблем. Второй - это экономное использование ресурсов Земли (рудные месторождения, нефть, водные ресурсы и т. Д.) И связанных с Землей опасностей, таких как землетрясения, вулканы, цунами, приливы и наводнения.

Классический и наблюдательный период [ править ]

Примерно в 240 г. до н.э. Эратосфен из Кирены измерил окружность Земли, используя геометрию и угол Солнца на более чем одной широте в Египте. [1]

Некоторая информация о землетрясениях содержится в « Метеорологии» Аристотеля , в « Naturalis Historia » Плиния Старшего и в « Geographica» Страбона . Аристотель и Страбон записали наблюдения за приливами .

Естественное объяснение вулканов было впервые предпринято греческим философом Эмпедоклом (ок. 490–430 до н. Э.), Который считал мир разделенным на четыре стихийные силы: землю, воздух, огонь и воду. Он утверждал, что вулканы были проявлением стихийного огня. Ветры и землетрясения будут играть ключевую роль в объяснении вулканов. Лукреций утверждал, что гора Этна была полностью пустотелой, а подземные огни были вызваны сильным ветром, циркулирующим около уровня моря. Плиний Старший отмечал, что извержению предшествовало землетрясение. Афанасий Кирхер (1602–1680) стал свидетелем извержений вулканов Этна и Стромболи., затем посетил кратер Везувия и опубликовал свой снимок Земли с центральным огнем, связанным с множеством других, вызванных горением серы , битума и угля .

Инструментально-аналитический период [ править ]

Галилеев термометр

Пожалуй, первый современный экспериментальный трактат был Уильям Гильберт «s De Magnete (1600), в котором он сделал вывод , что компасы указуют на север , потому что сама Земля является магнитной. В 1687 году Исаак Ньютон опубликовал свои « Начала» , которые не только заложили основы классической механики и гравитации, но также объяснили множество геофизических явлений, таких как приливы и прецессия равноденствия .

Этот экспериментальный и математический анализ применялся к нескольким областям геофизики: форма Земли, плотность и гравитационное поле ( Пьер Бугер , Алексис Клеро и Генри Кавендиш ), магнитное поле Земли ( Александр фон Гумбольдт , Эдмунд Галлей и Карл Фридрих Гаусс ), сейсмология ( Джон Милн и Роберт Маллет ), возраст Земли , тепло и радиоактивность ( Артур Холмс и Уильям Томсон, 1-й барон Кельвин ).

Есть несколько описаний и дискуссии о философской теории водного цикла по Marcus Витрувия , Леонардо да Винчи и Бернарда Палисси . В число пионеров гидрологии входят Пьер Перро , Эдм Мариотт и Эдмунд Галлей, занимающиеся исследованиями таких вещей, как осадки, сток, площадь водосбора, скорость, измерения поперечного сечения реки и сток. Успехи в 18 веке включены Даниэль Бернулли «s пьезометр и уравнение Бернулли , а также трубки ПитоАнри Пито. В 19 - м веке, подземные гидрология способствовали закону Дарси , то Дюпюи-Тхием формула хорошо , и уравнение Hagen-Пуазейля для потоков через трубы. Первый учебник по океанографии « Физическая география моря» был написан Мэтью Фонтейном Мори в 1855 году [2].

Термоскоп, или термометр Галилея , был построен Галилео Галилеем в 1607 году. В 1643 году Евангелиста Торричелли изобрел ртутный барометр . Блез Паскаль (в 1648 году) заново открыл, что атмосферное давление уменьшается с высотой, и пришел к выводу, что над атмосферой существует вакуум.

Возникновение как дисциплина [ править ]

Первое известное использование слова геофизика было Юлиусом Фребелем в 1834 году (на немецком языке). В последующие несколько десятилетий он время от времени использовался, но не прижился до тех пор, пока не стали появляться журналы, посвященные этой теме, начиная с Beiträge zur Geophysik в 1887 году. Будущий журнал геофизических исследований был основан в 1896 году под названием « Земной магнетизм» . В 1898 году при Геттингенском университете был основан Геофизический институт , и Эмиль Вихерт стал первой в мире кафедрой геофизики. [3] Международная основа для геофизики была предоставлена ​​при основании Международного союза геодезии и геофизики.в 1919 г. [4]

20 век [ править ]

XX век был революционным веком для геофизики. Как международное научное мероприятие между 1957 и 1958 годами, Международный геофизический год или МГГ был одним из самых важных для научной деятельности всех дисциплин геофизики: полярное сияние и свечение воздуха , космические лучи , геомагнетизм , гравитация, физика ионосферы, определения долготы и широты ( точное картографирование), метеорологии, океанографии, сейсмологии и солнечной активности.

Земные недра и сейсмология [ править ]

Волна Рэлея

Определение физики недр Земли стало возможным благодаря разработке первых сейсмографов в 1880-х годах. Основываясь на поведении волн, отраженных от внутренних слоев Земли, было разработано несколько теорий относительно того, что может вызвать отклонения в скорости волн или потерю определенных частот. Это привело к тому, что такие ученые, как Инге Леманн, обнаружили присутствие ядра Земли в 1936 году. Бено Гутенберг и Гарольд Джеффрис работали над объяснением разницы в плотности Земли из-за сжатия и скорости сдвига волн. [5] Поскольку сейсмология основана на упругих волнах, скорость волн может помочь определить плотность и, следовательно, поведение слоев в пределах Земли. [5]

На основании этих результатов была разработана номенклатура поведения сейсмических волн. P-волны и S-волны использовались для описания двух возможных типов упругих объемных волн. [6] Волны Лява и волны Рэлея использовались для описания двух возможных типов поверхностных волн. [6]

Ученые, которые внесли свой вклад в развитие знаний о недрах Земли и сейсмологии, включают Эмиля Вихерта , Бено Гутенберга , Андрия Мохоровичича , Гарольда Джеффриса , Инге Леманн , Эдварда Булларда , Чарльза Фрэнсиса Рихтера , Фрэнсиса Бирча , Фрэнка Пресса , Хиро Канамори и Уолтера Эльзассера .

Одна из самых обсуждаемых тем о недрах Земли - это мантийные плюмы. Теоретически это восходящая магма, ответственная за горячие точки в мире, такие как Гавайи. Первоначально теория заключалась в том, что мантийные перья поднимаются прямым путем, но теперь есть свидетельства того, что перья могут отклоняться на небольшую степень по мере подъема. [7] Было также обнаружено, что предполагаемая горячая точка под Йеллоустоуном не может быть связана с поднимающимся мантийным шлейфом. Эта теория до конца не исследована. [8]

Тектоника плит [ править ]

Во второй половине 20-го века теория тектоники плит была разработана несколькими участниками, включая Альфреда Вегенера , Мориса Юинга , Роберта С. Дитца , Гарри Хаммонда Гесса , Хьюго Бениоффа , Уолтера С. Питмана, III , Фредерика Вайна , Драммонда Мэтьюза , Кита. Ранкорн , Брайан Л. Исакс , Эдвард Буллард , Ксавье Ле Пишон , Дэн Маккензи , У. Джейсон Морган и Джон Тузо Уилсон. До этого у людей были идеи о дрейфе континентов, но реальных доказательств не было до конца 20 века. Александр фон Гумбольдт наблюдал в начале 19 века геометрию и геологию берегов континентов Атлантического океана. [9] Джеймс Хаттон и Чарльз Лайель выдвинули идею постепенных изменений, униформизма, который помог людям справиться с медленным дрейфом континентов. Альфред Вегенер возглавил первоначальную теорию дрейфа континентов и большую часть своей жизни посвятил этой теории. Он предложил « Пангею », единый гигантский континент. [9]

Во время развития теории дрейфа континентов океаническая часть мира исследовалась не так уж много, только континентальная. Когда люди начали обращать внимание на океан, геологи обнаружили, что дно расширяется, причем с разной скоростью в разных местах. [9] Есть три основных способа движения плит: трансформация , расходящиеся и сходящиеся . [9] Также могут быть Разломы , районы, где земля начинает расходиться. [10]

Океанография [ править ]

Успехи физической океанографии произошли в 20 веке. Глубина моря путем акустических измерений была впервые проведена в 1914 году. Немецкая экспедиция «Метеор» собрала 70 000 измерений глубины океана с помощью эхолота , обследовав Срединно-Атлантический хребет в период с 1925 по 1927 год. Великий глобальный разлом был открыт Морисом Юингом и Брюсом Хизеном. в 1953 г., а горный массив под Арктикой был обнаружен в 1954 г. Арктическим институтом СССР . Теория распространения морского дна была разработана в 1960 году Гарри Хаммондом Хессом . Программа морского буренияначалось в 1966 году. Большое внимание уделялось применению крупномасштабных компьютеров в океанографии, чтобы позволить численные прогнозы состояния океана и как часть общего прогнозирования изменений окружающей среды. [ необходима цитата ]

Геомагнетизм [ править ]

Геомагнитная полярность, поздний кайнозой

Движение проводящего расплавленного металла под земной корой или динамо-машиной Земли отвечает за существование магнитного поля. Взаимодействие магнитного поля и солнечной радиации влияет на то, сколько радиации достигает поверхности Земли, и на целостность атмосферы. Было обнаружено, что магнитные полюса Земли несколько раз менялись местами, что позволило исследователям получить представление о состоянии поверхности планеты в то время. [11] Причина того, что магнитные полюса меняются местами , неизвестна, а интервалы изменения различаются и не соответствуют постоянному интервалу. [12] Считается, что инверсия коррелирует с мантией Земли, хотя, как именно это все еще обсуждается.[13]

Искажения магнитного поля Земли вызывает явление Aurora Borealis , который обычно называют северное сияние. [14] Магнитное поле хранит энергию космических частиц, известную как солнечный ветер, который заставляет линии магнитного поля расширяться. [14] Когда линии сужаются, они высвобождают эту энергию, которую можно увидеть как северное сияние. [14]

Атмосферные влияния [ править ]

Климат Земли со временем меняется из-за состава атмосферы планеты, яркости Солнца и возникновения катастрофических событий. [15] : 75

Состав атмосферы влияет и находится под влиянием биологических механизмов, действующих на поверхности Земли. Организмы влияют на количество кислорода по сравнению с углекислым газом посредством дыхания и фотосинтеза . Они также влияют на уровень азота посредством фиксации , нитрификации и денитрификации . [16] Океан способен поглощать углекислый газ из атмосферы, но это зависит от уровня азота и фосфора, присутствующего в воде. [17] : 57 Люди также сыграли роль в изменении атмосферного состава Земли за счет промышленных побочных продуктов, вырубки лесов., и автотранспорт.

Светимость Солнца увеличивается по мере прохождения его жизненного цикла и становится видимой в течение миллионов лет. На поверхности Солнца могут образовываться солнечные пятна, что может вызвать большую изменчивость выбросов, которые получает Земля. [15] : 69

Вулканы образуются, когда две плиты встречаются и одна погружается под другую. [18] Таким образом, они образуются вдоль большинства границ плит; Кольцо огня является примером этого. [19] Изучение вулканов вдоль границ плит показало корреляцию между извержениями и климатом. Алан Робок предполагает, что вулканическая активность может влиять на климат и приводить к глобальному похолоданию на долгие годы. [20] Основная идея, основанная на извержениях вулканов, заключается в том, что диоксид серы, выделяемый вулканами, оказывает большое влияние на охлаждение атмосферы после извержения. [21]

Удары крупных небесных тел, обычно астероидов , создают ударные волны, которые толкают воздух и распространяют пыль в атмосферу, блокируя солнечный свет. [22] Это вызывает глобальное похолодание, которое может привести к гибели и возможному исчезновению многих видов.

Промышленное применение [ править ]

Промышленные применения геофизики были развиты в связи с потребностями разведки и добычи нефти в 1920-х годах. Позже геофизика нефти, горных работ и подземных вод была усовершенствована. Минимизация опасности землетрясений и исследования почвы / участка в сейсмоопасных районах были новыми приложениями геофизической инженерии в 1990-х годах.

Сейсмология используется в горнодобывающей промышленности для чтения и построения моделей событий, которые могли быть вызваны или способствовали процессу добычи полезных ископаемых. [23] Это позволяет ученым прогнозировать опасности, связанные с добычей полезных ископаемых в этом районе. [23]

Как и в горнодобывающей промышленности, сейсмические волны используются для создания моделей недр Земли. Геологические объекты, называемые ловушками , которые обычно указывают на присутствие нефти, могут быть идентифицированы по модели и использованы для определения подходящих участков для бурения. [24]

Подземные воды очень уязвимы для загрязнения, производимого промышленностью и удалением отходов. Чтобы сохранить качество источников пресной воды, создаются карты глубины подземных вод и сравниваются с местоположением источников загрязнения. [25]

См. Также [ править ]

  • История геологии
  • История геомагнетизма
  • Хронология развития тектонофизики

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Russo, Lucio (2004). Забытая революция . Берлин: Springer. п. 67 –68. ISBN 9783540200680.
  2. Перейти ↑ Maury, MF (1855). Физическая география моря . Харпер и братья .
  3. ^ Шредер 2010
  4. ^ Хорошо 2000
  5. ^ a b Олсон, П. (2015). «8.01 Основная динамика: введение и обзор». Трактат по геофизике . 8 (2-е изд.). DOI : 10.1016 / B978-0-444-53802-4.00137-8 .
  6. ^ а б Эндсли, Кевин. "Что такое сейсмология и что такое сейсмические волны?" . www.geo.mtu.edu . Проверено 20 апреля 2018 .
  7. ^ Агиус, Мэтью Р .; Rychert, Catherine A .; Хармон, Николас; Ласке, Габи (2017). «Составление карты переходной зоны мантии под Гавайями с помощью функций приемника Ps: свидетельства нисходящего потока горячего шлейфа и холодной мантии» . Письма о Земле и планетологии . 474 : 226–236. Bibcode : 2017E и PSL.474..226A . DOI : 10.1016 / j.epsl.2017.06.033 . ISSN 0012-821X . 
  8. ^ Гао, Стивен С .; Лю, Келли Х. (2014). «Разрывы переходной зоны мантии под прилегающими Соединенными Штатами» . Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 119 (8): 6452–6468. Bibcode : 2014JGRB..119.6452G . DOI : 10.1002 / 2014jb011253 . ISSN 2169-9313 . 
  9. ^ a b c d Кири, Филипп; Klepeis, Keith A; Вайн, Фредерик Дж. (2009). Глобальная тектоника (3-е изд.). Оксфорд: Wiley-Blackwell. С. 5–8. ISBN 978-1405107778.
  10. ^ «Рифт-Валли: определение и геологическое значение» . ethiopianrift.igg.cnr.it . Проверено 5 апреля 2018 .
  11. ^ Коно, М. (2015). «Геомагнетизм: введение и обзор». В Коно, М. (ред.). Геомагнетизм . Трактат по геофизике. 5 (2-е изд.). Эльзевир. С. 1–31. DOI : 10.1016 / B978-0-444-53802-4.00095-6 . ISBN 978-0444538031.
  12. Перейти ↑ Lutz, Timothy M. (1985). «Запись перемагничивания не является периодической». Природа . 317 (6036): 404–407. Bibcode : 1985Natur.317..404L . DOI : 10.1038 / 317404a0 . ISSN 1476-4687 . 
  13. ^ Glatzmaier, Гэри A .; Коу, Роберт С .; Хонгре, Лайонел; Робертс, Пол Х. (1999). «Роль мантии Земли в управлении частотой геомагнитных инверсий». Природа . 401 (6756): 885–890. Bibcode : 1999Natur.401..885G . DOI : 10.1038 / 44776 . ISSN 1476-4687 . 
  14. ^ a b c Администратор НАСА (07.06.2013). «Спутники THEMIS узнают, что вызывает извержение северного сияния» . НАСА . Проверено 13 апреля 2018 .
  15. ^ a b Поллак, Джеймс Б. (1982). «5. Солнечные, астрономические и атмосферные эффекты на климат» . Климат в истории Земли: Исследования по геофизике . Издательство национальных академий. С. 68–76. DOI : 10.17226 / 11798 . ISBN 978-0-309-03329-9.
  16. ^ Штейн, Лиза Ю.; Клотц, Мартин Г. (февраль 2016 г.). «Азотный цикл» (PDF) . Текущая биология . 26 (3): R94 – R98. DOI : 10.1016 / j.cub.2015.12.021 . PMID 26859274 . Проверено 13 апреля 2018 года .  
  17. ^ Артур, Майкл А. (1982). «4. Углеродный цикл - контроль за атмосферным CO2 и климатом в геологическом прошлом» . Климат в истории Земли: Исследования по геофизике . Издательство национальных академий. С. 55–67. DOI : 10.17226 / 11798 . ISBN 978-0-309-03329-9.
  18. ↑ Woods Hole Oceanographic Institution (7 апреля 2017 г.). «Вулканические дуги образуются в результате глубокого плавления горных смесей» . Science Daily .
  19. ^ Оппенгеймер, Клайв (2011). Извержения, потрясшие мир . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521641128. OCLC  699759455 .
  20. ^ Робок, Алан; Ammann, Caspar M .; Оман, Люк; Шинделл, Дрю; Левис, Самуил; Стенчиков, Георгий (27 мая 2009 г.). «Произошло ли извержение вулкана Тоба, произошедшее примерно за 74 тыс. Лет назад, вызвало широкомасштабное оледенение?» . Журнал геофизических исследований . 114 (D10): D10107. Bibcode : 2009JGRD..11410107R . DOI : 10.1029 / 2008JD011652 .
  21. ^ Я, Стивен; Чжао, Цзин-Ся; Holasek, Rick E .; Торрес, Ронни С.; Кинг, Алан Дж. (1993). Атмосферное воздействие извержения вулкана Пинатубо в 1991 г. (Отчет). Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. 19990021520.
  22. ^ Физика, Институт. «Удары метеоров и астероидов» . www.iop.org . Проверено 13 апреля 2018 .
  23. ^ a b Бялик, Роберт; Майданьски, Мариуш; Москалик, Матеуш (14.07.2014). Достижения, история и проблемы геофизики: 60 лет Институту геофизики Польской академии наук . Springer. ISBN 9783319075990.
  24. ^ Дасгупта, Шиваджи Н .; Аминзаде, Фред (2013). Геофизика для инженеров-нефтяников . Берлингтон: Elsevier Science. ISBN 9780080929613.
  25. ^ Хао, Цзин; Чжан Юнсян; Цзя, Янвэнь; Ван, Хао; Ниу, Кунвэнь; Ган, Йонгде; Гонг, Ичэн (2017). «Оценка уязвимости подземных вод и их несоответствия качеству подземных вод на основе модифицированной модели DRASTIC: тематическое исследование в районе Чаоян города Пекина». Арабский журнал наук о Земле . 10 (6). DOI : 10.1007 / s12517-017-2885-4 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Анонимный (1995). «Введение в комитет истории геофизики». Эос, Сделки Американского геофизического союза . 76 (27): 268. Bibcode : 1995EOSTr..76..268. . DOI : 10.1029 / 95EO00163 .
  • Кисть, Стивен Г. (сентябрь 1980 г.). «Открытие ядра Земли». Американский журнал физики . 48 (9): 705–724. Bibcode : 1980AmJPh..48..705B . DOI : 10.1119 / 1.12026 .
  • Кисть, Стивен Г. (2003). «Геофизика». В Grattan-Guinness, I. (ред.). Сопутствующая энциклопедия истории и философии математических наук . Балтимор, Мэриленд: Издательство Университета Джона Хопкинса. С. 1183–1188. ISBN 9780801873973.
  • Гиллмор, С. Стюарт, изд. (2013). История геофизики: Том 1 . Вашингтон, округ Колумбия: Американский геофизический союз. ISBN 9781118665213.
  • Гиллмор, С. Стюарт, изд. (2013). История геофизики: Том 2 . Вашингтон: Американский геофизический союз. ISBN 9781118665244.
  • Гиллмор, К. Стюарт; Ланда, Эдвард Р .; Инс, Саймон; Назад, Уильям, ред. (2013). История геофизики: Том 3: История гидрологии . Вашингтон, округ Колумбия: Американский геофизический союз. ISBN 9781118665398.
  • Гиллмор, С. Стюарт, изд. (2013). История геофизики: Том 4 . Вашингтон, округ Колумбия: Американский геофизический союз. ISBN 9781118665534.
  • Гиллмор, К. Стюарт; Спрейтер, Джон Р., ред. (1997). История геофизики. Серия: Том 7: Открытие магнитосферы . Вашингтон, округ Колумбия: Американский геофизический союз. ISBN 9781118665435.
  • Хорошо, Грегори А., изд. (2013). История геофизики: Том 5: Земля, небеса и Вашингтонский институт Карнеги . Вашингтон, округ Колумбия: Американский геофизический союз. ISBN 9781118665312.
  • Хорошо, Грегори А. (2000). «Ассамблея геофизики: научные дисциплины как рамки консенсуса». Исследования по истории и философии науки Часть B: Исследования по истории и философии современной физики . 31 (3): 259–292. Bibcode : 2000SHPMP..31..259G . DOI : 10.1016 / S1355-2198 (00) 00018-6 .
  • Юрист Ли К .; Бейтс, Чарльз С.; Райс, Роберт Б. (2001). Геофизика в делах человечества: персонализированная история разведочной геофизики (2-е изд.). Талса: Общество геофизиков-исследователей. ISBN 9781560800873.
  • Оливер, Джек (1996). Сотрясения и скалы: сейсмология в революции тектоники плит: история землетрясений и великая революция в науке о Земле 1960-х годов . Вашингтон, округ Колумбия: Американский геофизический союз. ISBN 9780875902807.
  • Шредер, В. (2010). «История геофизики». Acta Geodaetica et Geophysica Hungarica . 45 (2): 253–261. DOI : 10,1556 / AGeod.45.2010.2.9 .
  • Шериф, WM Телфорд; LP Geldart; RE (2001). Прикладная геофизика (2-е изд.). Кембридж: Cambridge Univ. Нажмите. ISBN 9780521339384.
  • Вуд, Роберт Мьюир (1985). Темная сторона земли . Лондон: Аллен и Анвин. ISBN 978-0045500338.

Внешние ссылки [ править ]

  • Комитет истории геофизики AGU : * Комитет истории геофизики AGU. «Исторические статьи из Eos, Труды Американского геофизического союза 1969–1999» . Американский геофизический союз. Архивировано из оригинального 17 августа 2011 года . Проверено 16 марта 2018 .
  • Комитет истории геофизики AGU. «Интересные публикации» . Американский геофизический союз. Архивировано из оригинального 17 августа 2011 года . Проверено 16 марта 2018 .
  • Харди, Шон Дж .; Гудман, Рой Э. (19 сентября 2005 г.). «Интернет-ресурсы по истории геофизики» . История комитета геофизики . Американский геофизический союз. Архивировано из оригинального 27 апреля 2013 года . Проверено 16 марта 2018 года .
  • IAGA (31 мая 2016 г.). «Межведомственная комиссия по истории» . Международная ассоциация геомагнетизма и аэрономии . Проверено 7 апреля 2018 года .