Геофизикийн физик ба математикийн үндэс
Геофизик бол дэлхийн бүтэц, динамикийг судлахад физик, математикийн зарчмуудыг ашигладаг геологийн салбар юм. Энэхүү салбар нь дэлхийн физик шинж чанарыг хэмжих, өгөгдлийг тайлбарлах техникийг ашиглан түүний найрлага, бүтэц, дотор нь болж буй геологийн процессуудын нууцыг тайлдаг. Энэ нийтлэлд бид геофизикийн үндэс суурийг бүрдүүлдэг физик, математикийн үндсийг авч үзэх болно.
1. Геофизикийн физикийн зарчмууд
Геофизик нь байгалийн үзэгдлийг ойлгохын тулд физикийн үндсэн зарчмуудад ихээхэн найддаг. Хамгийн чухал зарчмуудын зарим нь:
а. Таталцлын хүч
Таталцал гэдэг нь хоёр массын хоорондох таталцлын хүч юм. Геофизикийн хүрээнд таталцлын судалгаа (таталцлын хэмжилт) нь дэлхийн доторх нягтралын ялгааг тодорхойлохын тулд дэлхийн таталцлын талбайн хэлбэлзлийг хэмжих явдал юм. Энэ зарчмыг газрын тос, байгалийн хийн хайгуул, түүнчлэн хөндий, уул зэрэг геологийн бүтцийг ойлгоход ашигладаг.
б. Соронзон чанар
Соронзон чанар нь дэлхийн соронзон орныг хэмжихийг хэлдэг бөгөөд энэ нь чулуулгийн эрдсийн агууламжаас хамаардаг. Соронзон өгөгдөл нь төмрийн хүдэр зэрэг чухал эрдэс бодисууд байгааг илтгэх гажигийг илрүүлж чаддаг. Мэдрэмтгий соронзон мэдрэгчийг соронзон орны хэлбэлзлийг маш өндөр нарийвчлалтайгаар илрүүлэхэд ашигладаг.
в. Газар хөдлөлтийн долгионы тархалт
Газар хөдлөлтийн долгион гэдэг нь газар хөдлөлт эсвэл хүний гараар хийсэн дэлбэрэлтээс үүдэлтэй дэлхийгээр дамжин тархдаг чичиргээ юм. Дэлхийн янз бүрийн давхаргаар дамжин өнгөрөх газар хөдлөлтийн долгионы хурд, зам, төрлийг шинжилснээр геофизикчид дэлхийн дотоод бүтцийг загварчилж чадна. Энэ арга нь нүүрсустөрөгчийн хайгуул, газар хөдлөлтийг урьдчилан таамаглахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
d. Геотермаль
Геотермаль шинжлэх ухаан нь дэлхийн дулааныг судлахтай холбоотой. Дэлхийн гүнээс гадаргуу руу цацарч буй дулааны хэлбэлзлийг хэмжих замаар энэхүү шинжлэх ухаан нь геотермаль энергийн эх үүсвэрийг судлах, галт уулын үйл явц болон гидротермаль идэвхжлийг ойлгоход тусалдаг.
2. Геофизикийн математикийн зарчмууд
Математик бол геофизикийн загварчлал, өгөгдлийн шинжилгээ, асуудлыг шийдвэрлэхэд ашиглагддаг гол хэрэгсэл юм. Геофизикийн зарим чухал математикийн зарчмуудад дараахь зүйлс орно.
а. Тооцооллын систем
Тооцооллыг цаг хугацаа болон орон зай дахь физик өөрчлөлтийг загварчлах, шинжлэхэд ашигладаг. Газар хөдлөлтийн долгионы тархалт, дулааны урсгал, дэлхийн доторх массын хөдөлгөөнийг дүрсэлсэн дифференциал тэгшитгэлүүд бүгд тооцоолол шаарддаг. Жишээлбэл, газар хөдлөлтийн долгионы тэгшитгэл (долгионы тэгшитгэл)-ийг газар хөдлөлтийн долгион янз бүрийн орчинд тархах үед тэдгээрийн зан төлөвийг урьдчилан таамаглахад ашигладаг.
b. Шугаман алгебр
Шугаман алгебрыг геофизикийн асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд өгөгдлийн инверсийн аргуудад ашигладаг. Өгөгдлийн инверсия нь хэмжсэн өгөгдлийг загварчилсан шугаман тэгшитгэлийн системийг шийдэж, газрын доорх бүтцийг зураглахад тусалдаг. Энэ арга нь газар хөдлөлтийн томографи болон соронзон өгөгдөл боловсруулахад онцгой чухал юм.
в. Статистик ба магадлал
Статистик болон магадлал нь геофизикийн өгөгдлийн шинжилгээнд, ялангуяа тодорхойгүй байдлыг хэмжих, тооцоолоход чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Үүнд регрессийн шинжилгээ, таамаглалын тест, геофизикийн параметрүүдийн тархалтыг дуурайлган хийх Монте Карлогийн аргууд зэрэг аргууд багтана. Эдгээр аргууд нь геофизикчдэд ажиглалтын өгөгдлийг илүү нарийвчлалтай тайлбарлах боломжийг олгодог.
d. Фурье хувиргалт
Фурье хувиргалтыг давтамжийн муж дахь долгионы дохиог шинжлэхэд ашигладаг бөгөөд энэ нь газар хөдлөлтийн судалгаа болон спектрийн шинжилгээнд чухал ач холбогдолтой юм. Энэ арга нь нарийн төвөгтэй дохиог илүү энгийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд задлах боломжийг олгодог бөгөөд ингэснээр геофизикийн үзэгдлийн давтамжийн шинж чанарыг тодорхойлоход хялбар болгодог.
3. Геофизикийн физик, математикийн зарчмуудыг практикт хэрэглэх нь
Геофизикийн янз бүрийн багаж хэрэгсэл, техникүүд нь дээр дурдсан физик болон математикийн зарчмуудын шууд хэрэглээ юм. Энд зарим практик хэрэглээг дурдъя:
а. Байгалийн нөөцийн хайгуул
Геофизикчид таталцлын болон соронзон өгөгдлийг ашиглан газрын тос, хий, металлын хүдэр зэрэг ашигт малтмалын нөөц байгааг илтгэх гажигийг илрүүлж чаддаг. Газар хөдлөлтийн аргууд нь дууны долгионыг ашиглан дэлхийн газрын хэвлийг зураглаж, нүүрсустөрөгчийн нөөц бололцоог тодорхойлоход тусалдаг.
б. Байгалийн гамшгийн хор хөнөөлийг бууруулах
Газар хөдлөлтийн эх үүсвэр болж болзошгүй сул бүс, хагарлын шугамыг илрүүлэхэд газар хөдлөлтийн судалгааг ашиглаж болно. Энэхүү өгөгдөл нь хот байгуулалт, газар хөдлөлтөд тэсвэртэй барилгын төлөвлөлт, гамшгийн хор хөнөөлийг бууруулах хүчин чармайлтад чухал ач холбогдолтой юм.
в. Геотермаль энерги
Дэлхийн дулааны тархалтыг үнэлэх замаар геофизикийн аргыг ашиглан геотермаль эрчим хүчний нөөцийг тодорхойлж, удирдах боломжтой. Энэ нь байгаль орчинд ээлтэй геотермаль цахилгаан станцуудыг хөгжүүлэхэд тусалдаг.
d. Шинжлэх ухааны судалгаа
Геофизик нь дэлхийн дотоод динамикийг, тухайлбал мантийн конвекц, хавтангийн тектоник, галт уулын идэвхжилийг ойлгоход тусалдаг шинжлэх ухааны судалгаанд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь манай гаригийн хувьслын талаарх мэдлэгийг хөгжүүлэхэд хувь нэмэр оруулдаг.
4. Геофизикийн технологи
Технологийн дэвшил нь геофизикийн салбарт илүү нарийвчлалтай хэмжилт хийх, илүү нарийн төвөгтэй өгөгдлийн шинжилгээ хийх боломжийг олгосон. Ашигласан зарим дэвшилтэт технологиуд нь:
а. Газар хөдлөлтийн хэмжигч ба геофон
Энэ багажийг газар хөдлөлтийн идэвхжилээс үүдэлтэй дэлхийн чичиргээг хэмжихэд ашигладаг. Орчин үеийн газар хөдлөлтийн хэмжүүрүүд нь чичиргээг маш өндөр нарийвчлалтайгаар илрүүлж, дэлхийн дотоод бүтцийг илүү нарийвчилсан зураглал хийх боломжийг олгодог.
b. Соронзон хэмжүүр
Энэ багажийг дэлхийн соронзон орны эрчим ба чиглэлийг хэмжихэд ашигладаг. Соронзон хэмжигчээс авсан өгөгдлийг ашигт малтмалын нөөц байгааг илтгэх соронзон гажигийг илрүүлэхэд ашиглаж болно.
в. Гравиметр
Энэ багажийг дэлхийн таталцлын талбайн хэлбэлзлийг хэмжихэд ашигладаг. Гравиметрүүд нь маш мэдрэмтгий бөгөөд гадаргуугийн доорх массын зөрүүг илрүүлэх чадвартай бөгөөд геологийн бүтцийг тодорхойлоход тусалдаг.
d. Тооцооллын өгөгдөл боловсруулах
Орчин үеийн тооцооллын технологийн тусламжтайгаар геофизикийн өгөгдлийг өндөр хурд, нарийвчлалтайгаар боловсруулж, шинжлэх боломжтой. Загварчлах, симуляци хийх, өгөгдлийг урвуулах алгоритмууд нь дэлхийн бүтцийн илүү нарийвчилсан, нарийвчлалтай 3 хэмжээст загваруудыг бий болгох боломжийг олгодог.
Дүгнэлт
Геофизик бол Дэлхийг судлахын тулд физик, математикийн зарчмуудыг нэгтгэсэн олон салбарыг хамарсан салбар юм. Байгалийн нөөцийн хайгуулаас эхлээд байгалийн гамшгийг бууруулах хүртэл геофизик нь Дэлхий болон түүний үйл явцыг ойлгоход чухал хувь нэмэр оруулдаг. Дэвшилтэт технологи, өгөгдлийн шинжилгээ нь судалгаа, практик хэрэглээний шинэ боломжийг нээж өгч, геофизикийг Дэлхийн шинжлэх ухааны хамгийн чухал салбаруудын нэг болгож байна.
