Геофизикийн дэлхийн физикийн үндсэн зарчмууд
Геофизик бол физикийн зарчмуудыг ашиглан Дэлхийг судалдаг дэлхийн шинжлэх ухааны нэг салбар юм. Геологи нь гадаргуу дээрх чулуулаг, байгууламжийн ажиглалтад ихээхэн найддаг бол геофизик нь долгион, таталцлын орон, соронзон, цахилгаан, дулаан, цацраг зэрэг физик хариу урвалаар дамжуулан Дэлхийг шууд бусаар "хардаг". Өөрөөр хэлбэл, геофизик нь хаа сайгүй ухаж, өрөмдөхгүйгээр гадаргуугийн доор юу болж байгаа, түүний материалын шинж чанар, ямар процесс явагдаж байгаа зэрэг асуултуудад хариулахыг эрмэлздэг.
Геофизикийн талаар бат бөх ойлголттой болохын тулд бид геофизикийн аргуудын үндэс суурь болсон Дэлхийн физикийн зарчмуудыг эргэн харах хэрэгтэй. Эдгээр зарчмуудад уян харимхай орчин, долгионы тархалт, потенциал талбар, цахилгаан соронзон индукц, дулаан дамжуулалт, материалын физик шинж чанар ба геологийн нөхцөл байдлын хоорондын хамаарал зэрэг ойлголтууд багтана.
1. Дэлхий бол физик систем: найрлага, бүтэц, материалын шинж чанарууд
Физикийн хувьд Дэлхийг давхаргат систем гэж үзэж болно: царцдас, манти, шингэн гадна цөм, хатуу дотоод цөм. Эдгээр давхаргат ялгаа нь зөвхөн геологийн хуваагдал төдийгүй нягтрал, уян хатан чанар, цахилгаан дамжуулах чанар, температур, соронзон чанар зэрэг физик шинж чанарыг тусгадаг. Геофизикийн хувьд эдгээр физик шинж чанарууд нь үндсэн "параметрүүд" юм.
Өөр өөр материалууд хүч болон энергид өөр өөрөөр хариу үйлдэл үзүүлдэг. Жишээлбэл, өтгөн магмын чулуулаг нь сул тунадаснаас өндөр нягтралтай байдаг; усаар ханасан чулуулаг нь хуурай чулуулгаас илүү цахилгаан гүйдэл дамжуулдаг; мөн магнетит зэрэг соронзон эрдэс бодисууд нь чулуулагт илүү өндөр соронзон мэдрэмтгий байдлыг өгдөг. Хариу үйлдлийн эдгээр ялгаа нь хэмжигдэхүйц гажиг үүсгэдэг.
2. Таталцлын талбар ба потенциалын талбарын тухай ойлголт
Нэг үндсэн зарчмууд fisika Bumi adalah gravitasi. Medan gravitasi Bumi tidak seragam karena distribusi massa tidak homogen. Batuan dengan densitas tinggi akan “menarik” lebih kuat dibanding batuan yang kurang rapat. Geofisika gravitasi memanfaatkan variasi kecil percepatan gravitasi (anomali gravitasi) untuk menginterpretasi struktur bawah permukaan.
Secara matematis, gravitasi termasuk medan potensial, yakni medan yang dapat diturunkan dari fungsi potensial dan memenuhi persamaan Laplace/Poisson pada kondisi tertentu. Ini penting karena banyak metode geofisika—gravitasi dan magnetik—memiliki karakter “non-unik” (non-uniqueness): satu pola anomali bisa disebabkan oleh berbagai konfigurasi bawah permukaan. Karena itu interpretasi memerlukan kendala tambahan seperti data geologi, газар хөдлөлтийн мэдээлэл, atau informasi pengeboran.
Үүний практик хэрэглээнд тунамал чулуулгийн ай сав газрын зураглал хийх, давсны бөмбөрцгийг тодорхойлох, изостаз (литосферийн мантитай харьцуулахад массын тэнцвэр)-ийг судлах зэрэг орно. Изостазын зарчим нь уулс яагаад илүү хөнгөн эсвэл зузаан "үндэс"-тэй байдаг нь мантитай харьцуулахад хөвөх боломжийг олгодог болохыг тайлбарладаг.
3. Дэлхийн соронзон чанар: соронзон орон ба соронзон аномалийн эх үүсвэрүүд
Дэлхий нь шингэн гаднах цөм (геодинамо)-ийн динамикаас үүдэлтэй анхдагч соронзон оронтой. Анхдагч орон дээрээс гадна соронзон чулуулгийн орон нутгийн соронзон орон байдаг. Соронзон геофизик нь геологийн бүтцийг, ялангуяа соронзон эрдэс бодисоор баялаг магмын болон метаморфик чулуулгийг газрын зурагт оруулахын тулд соронзон орны хэлбэлзлийг хэмждэг.
Prinsip penting di sini adalah bahwa magnetisasi batuan terdiri dari dua komponen: magnetisasi terinduksi (sebanding dengan Дэлхийн соронзон орон saat ini) dan magnetisasi remanen (sisa magnetisasi masa lalu, saat batuan terbentuk). Magnetisasi remanen sangat berguna dalam paleomagnetisme untuk merekonstruksi pergerakan тектоник хавтангууд dan sejarah pembalikan kutub magnet Bumi.
Di skala regional, соронзон өгөгдөл membantu pemetaan basement (batuan dasar) di bawah sedimen tebal, penelusuran sesar, serta eksplorasi mineral.
4. Газар хөдлөлтийн долгион ба орчны уян хатан чанар
Prinsip fisika yang sangat sentral dalam geofisika adalah mekanika gelombang pada medium elastik. Metode seismik memanfaatkan gelombang elastik yang merambat melalui Bumi. Ada dua gelombang utama dalam interior Bumi: gelombang P (primer, longitudinal) dan gelombang S (sekunder, transversal). Gelombang P dapat merambat di padat dan cair, sedangkan gelombang S tidak dapat merambat di fluida. Fakta fisik ini menjadi alasan penting mengapa kita mengetahui inti luar Bumi bersifat cair: gelombang S tidak melewatinya.
Газар хөдлөлтийн долгионы хурдыг материалын уян хатан модуль болон нягтралаар тодорхойлдог. Энгийнээр хэлбэл, илүү хатуу, нягт чулуулаг нь илүү өндөр долгионы хурдтай байх хандлагатай байдаг. Долгион нь өөр өөр шинж чанартай давхаргаар дамжин өнгөрөхөд оптикийн Снеллийн хуультай төстэй зарчмуудыг дагаж ойлт ба хугарал үүсдэг. Геофизикчид долгионы аяллын хугацаа, далайц, долгионы хэлбэрээс давхаргын гүн, тунадасны зузаан, тэр ч байтугай шингэний оршихуйг тооцоолж чаддаг.
Дэлхийн газар хөдлөлт судлал нь манти болон цөмийн бүтцийг газрын зурагт оруулахын тулд газар хөдлөлтийг судалдаг бол хайгуулын газар хөдлөлт судлал нь газрын тос, хий, геотермаль усан санг илүү орон нутгийн хэмжээнд газрын зурагт гаргадаг.
5. Цахилгаан ба цахилгаан соронзон: дамжуулах чанар, эсэргүүцэл ба индукц
Banyak proses di bawah permukaan melibatkan fluida, mineralisasi, serta perbedaan temperatur—semuanya memengaruhi konduktivitas listrik. Аргын үндсэн зарчим listrik dan elektromagnetik adalah hubungan antara arus listrik, medan listrik, dan sifat medium, yang sering dirangkum oleh hukum Ohm dalam bentuk kontinu (J = σE), dengan σ sebagai konduktivitas.
Эсэргүүцэл, өдөөгдсөн туйлшрал (ӨТ), соронзонтеллурик (ӨТ) болон бусад цахилгаан соронзон аргууд нь хиймэл болон байгалийн аль алинд нь гүйдэл/талбайн эх үүсвэрт үзүүлэх газрын доорх давхаргын хариу үйлдлийг хэмждэг. Фарадейгийн хуулинд томъёологдсон цахилгаан соронзон индукцийн зарчим нь соронзон орны өөрчлөлт нь хөрсөнд цахилгаан орон болон хуйлралын гүйдэл хэрхэн үүсгэдэгийг тайлбарладаг. Эдгээр хуйлралын гүйдэл нь гадаргуу дээр хэмждэг хоёрдогч соронзон орон үүсгэдэг.
Material yang jenuh air asin akan sangat konduktif; lempung juga sering konduktif karena mekanisme konduksi permukaan (surface conduction). Sebaliknya, batuan kristalin kering dan hidrokarbon cenderung resistif. Karena itu, metode EM banyak dipakai untuk eksplorasi air tanah, panas bumi, mineral sulfida, serta studi zona sesar yang berisi fluida.
6. Геотермаль болон дулаан дамжуулалт: дамжуулалт ба конвекц
Дэлхий статик биш; энэ нь дулааны энергийг дотроос гадаргуу руу дамжуулдаг. Дулаан дамжуулалтын зарчимд дамжуулалт (массын дамжуулалтгүйгээр материар дамжин өнгөрөх дулааны урсгал) болон конвекц (маш удаан урсдаг манти гэх мэт массын дамжуулалттай хамт явагддаг дулааны урсгал) орно. Фурьегийн хууль нь дамжуулагч дулааны урсгалыг температурын градиент ба дулаан дамжуулалттай пропорциональ гэж тодорхойлдог.
Геотермаль градиент, дулааны урсгал болон чулуулгийн дулааны шинж чанарыг хэмжих нь геотермаль систем, метаморфизм болон тектоник динамикийг ойлгоход тусалдаг. Жишээлбэл, субдукцийн бүсэд дулааны хэв маягт субдукцийн хавтангууд, шингэний эргэлт, холбоо барих хэсгийн үрэлт нөлөөлдөг. Далайн дунд хэсгийн нуруунд халуун мантийн материалын өсөлт нь дулааны урсгалыг нэмэгдүүлж, гидротермаль системийг үүсгэдэг.
7. Физик шинж чанар ба тайлбарын хоорондын хамаарал: урвуу ба өвөрмөц бус байдлын асуудал
Геофизикийн мөн чанар нь зөвхөн хэмжих биш, харин тайлбарлах явдал юм. Гадаргуу дээрх эсвэл агаараас эсвэл хиймэл дагуулын эх үүсвэрээс авсан хэмжилтийг газрын доорх загварт хөрвүүлэх ёстой. Энэ процессыг инверсия гэж нэрлэдэг. Физик болон математикийн хувьд инверсия нь ихэвчлэн өвөрмөц бус байдаг: олон загвар нь ижил өгөгдлийг тайлбарлаж чаддаг. Тиймээс орчин үеийн геофизик нь тогтмолжуулалт, статистик, олон өгөгдлийг нэгтгэх зарчимд суурилдаг.
Жишээлбэл, таталцлын аномали нь өндөр нягтралтай биет байгааг илтгэж болох ч энэ нь базальтын нэвтрэлт үү эсвэл металлын хүдэр үү гэдгийг шууд заагаагүй бөгөөд хоёулаа боломжтой. Соронзон, газар хөдлөлтийн эсвэл цахилгаан соронзон долгионы өгөгдлийг нэмснээр тайлбар нь илүү бат бөх, бодитой болно.
8. Хэмжээ ба зорилго: судалгаанаас эхлээд дэлхийн ертөнцийг ойлгох хүртэл
Геофизикийн дэлхийн физикийн зарчмууд нь олон түвшинд үйлчилдэг. Дэлхийн хэмжээнд хиймэл дагуулын газар хөдлөлт судлал болон таталцал нь дэлхийн манти, геоид болон дотоод эргэлтийн олон янз байдлыг газрын зурагт оруулахад тусалдаг. Бүс нутгийн болон орон нутгийн хэмжээнд геофизикийн аргуудыг нөөцийн хайгуул (газрын тос, хий, ашигт малтмал, геотермаль), гамшгийн нөлөөллийг бууруулах (галт уулын хяналт, газар хөдлөлтийн бичил бүсчлэл), геотехникийн инженерчлэл (суурийн тогтвортой байдал), хүрээлэн буй орчны судалгаа (хөрс, усны бохирдол)-д ашигладаг.
Тэдгээрийг бүгдийг нь нэгтгэдэг зүйл бол нягтрал, уян хатан чанар, дамжуулах чанар, соронзон чанар, температур зэрэг физик шинж чанаруудын хэлбэлзэл нь геологийн үйл явцтай шууд холбоотой гэсэн зарчим юм. Геофизикийн аргууд нь эдгээр хэлбэлзлийг тоон үзүүлэлтээр харах боломжийг олгодог.
Хаах
Геофизикийн дэлхийн физикийн үндсэн зарчмуудыг хэмжигдэхүйц физик хариу урвалаар дамжуулан Дэлхийг ойлгох оролдлого гэж нэгтгэн дүгнэж болно: таталцал ба соронзон орон нь боломжит талбар, газар хөдлөлт нь уян хатан долгионы тархалт, цахилгаан ба цахилгаан соронзон аргууд нь дамжуулах чадвар ба индукцийн хариу урвал, газрын гүний дулааны урсгал нь дотоод дулааны урсгал юм. Арга тус бүр давуу болон сул талуудтай, ялангуяа тайлбарын өвөрмөц бус байдалтай холбоотой тул өгөгдлийг нэгтгэх, материалын физикийг ойлгох нь гол түлхүүр юм.
Физикийн бат бөх суурьтай геофизик нь гадаргуу дээрх ажиглалтыг доорх нарийн төвөгтэй бодит байдалтай холбож, хүмүүст дэлхийн бүтцийг ойлгох, нөөцийг нь илүү зохистой ашиглах, илүү сайн загварчлал, хяналт шинжилгээ хийснээр гамшгийн эрсдэлийг бууруулахад тусалдаг.
