Презентация на тему: Предмет, цель и задачи науки геофизики

Календарный план занятий по курсу «Основы геофизики и геофизическая экология» гр. З-2Г10 на 2013/2014 уч .год Литература: 1. Хмелевской В.К. Геофизика: Учебник. – М.: КДУ, 2009. 2. Трухин В.И., Показеев К.В., Куницин В.Е. Общая и экологическая геофизика. - М.: Физматлит, 2005, (гриф УМО университетов России); 3. Богословский В.А., Жигалин А.Д., ХмелевскойВ.К. Экологическая геофизика. М: МГУ, 2000, (гриф УМО университетов России); Дополнительная: 1. Ерофеев Л.Я., Вахромеев Г.С., Зинченко В.С., Номоконова Г.Г. Физика горных пород: учебник для вузов. – Томск: Издательство ТПУ, 2006. – 520 с. 2. Вахромеев Г.С., Ерофеев Л.Я., Канайкин В.С., Номоконова Г.Г. Петрофизика: Учебник для вузов. – Томск: изд-во Том. ун-та, 1997. 3. Методы полевой геофизика: учебное пособие / Гусев Е.В. ; ТПУ. – Томск: Изд-во ТПУ, 2012. – 216 с.

Дисциплина «Основы геофизики и геофизической экологии» лекция 1 ВВЕДЕНИЕ

1. Предмет, цель и задачи науки геофизики

Объект геофизических исследований: земной шар в целом с его твердой оболочкой, морями и океанами, поверхностными и подземными водами, атмосферой и ближним космосом.

Цель геофизических исследований: получении наиболее достоверных сведений о строении недр земли, ее водной и воздушных оболочек, в изучении происхождения и развития нашей планеты.

задачи геофизических исследований Изучение происхождения, эволюции и возраста нашей планеты в целом и отдельных ее геосфер. Определение массы и плотности Земли, ее внутреннего строения и состояния, физических свойств, физических и физико-химических процессов, происходящих в твердой, жидкой (гидросфера) и газообразной (атмосфера) оболочках.

Связь геофизики с другими науками

2. Место геофизики среди наук о Земле Общая геофизика: 1)– Физика твердой Земли (Физика Земли); 2) -Физика гидросферы, или гидрофизика; 3) -Физика атмосферы и ближнего космоса.

1. Физика Земли изучает механизм происхождения и развития Земли в целом и отдельных геосфер, а также ее возраст, состав, внутреннее строение и физические свойства земной коры, мантии и ядра и происходящие в них физические, химические и механические процессы; исследует процессы и явления, возникающие вследствие взаимодействия между Землей и планетами Солнечной системы.

Решением этих задач занимаются науки геофизического цикла: гравиметрия–учение о силе тяжести и методах ее измерения; сейсмология и сейсмометрия – соответственно учения о землетрясениях и методах их регистрации; геотермика–учение о тепловых процессах, происходящих на земном шаре, и об энергетике недр нашей планеты;

Физика Земли Физика Земли геомагнетизм–учение о магнитном поле Земли, его происхождении, напряженности и вариациях земного магнетизма; геоэлектрика–учение об электрическом поле Земли, распределении и механизме электропроводности в ее недрах; радиометрия – наука, изучающая естественные радиоактивные процессы, которые происходят в недрах Земли;

Разведочная геофизика - научно-прикладной раздел физики твердой Земли: Разведочная геофизика - научно-прикладной раздел физики твердой Земли: предназначена для изучения верхних слоев Земли, поисков и разведки полезных ископаемых, решения инженерно-геологических, гидрогеологических, экологических и других задач; базируется на изучении естественных и искусственно создаваемых физических полей Земли; Объектами исследования являются осадочный чехол, кристаллический фундамент, земная кора и верхняя мантия общей глубиной до 100 км.

В последние годы в рамках разведочной геофизики стала интенсивно развиваться техногенная геофизика. В последние годы в рамках разведочной геофизики стала интенсивно развиваться техногенная геофизика. Задачи: создание методов мониторинга, т.е. систем изучения, слежения и контроля за состоянием среды в результате деятельности человека (в том числе контроля загрязнения и экологической охраны подземных вод и геологической среды).

2.Физика гидросферы (гидрофизика) изучает физические свойства воды во всех трех ее агрегатных состояниях и процессы, происходящие в гидросфере; рассматривает общие процессы в водных объектах и в запасах влаги на поверхности Земли независимо от особенностей данного географического объекта (моря, озера, реки и т. д.); подразделяется на Физику вод суши и Физику моря.

Основной предмет исследования Основной предмет исследования Физики вод суши – это реки, озера, водохранилища, ледники, подземные и поверхностные воды. Проводится исследование физических процессов: - испарения в природных условиях; -нагpeвания и охлаждения водоемов; -образования, нарастания и исчезновения льда; -формирования и таяния снежного покрова и др.

Основной предмет исследования Физики моря - моря и океаны. Изучаются: - физические, химические, геологические и биологические процессы, протекающие в океанах и морях; - закономерности возникновения и развития волн и течений, распространения тепла, звука и света в морской воде, взаимодействия океана и атмосферы. . .

3. Физика атмосферы и ближнего космоса 1) Метеорология, наиболее разработанная область геофизики, изучает состав, строение, свойства воздушной оболочки Земли и происходящие в ней физические процессы и явления, а также их взаимодействие с земной поверхностью и ближним космосом. 2) Аэрономия (или физика верхней атмосферы) изучает процессы в высоких слоях атмосферы, отдаленные от земной поверхности на сотни и тысячи километров

В последние десятилетия наметилось деление физики атмосферы на такие самостоятельные научные дисциплины, как В последние десятилетия наметилось деление физики атмосферы на такие самостоятельные научные дисциплины, как - динамика атмосферы; - физика пограничного слоя; - физика облаков и осадков; - учение о лучистой энергии Солнца и Земли (актинометрия); - атмосферная оптика; - атмосферное электричество; - спутниковая метеорология.

3. Основные геофизические понятия и определения 1) геофизическое поле и его характеристики – геофизические параметры (величины); 2) напряженность; 3) потенциал; 4) геофизическое явление.

1. Геофизическое поле Физическое (или геофизическое) поле – это форма существования материи, связывающая элементарные частицы вещества друг с другом в единые системы и перемещающие с конечной скоростью действие одних частиц на другие (т. е. осуществляющие взаимодействие этих частиц).

Физические поля, изучаемые в геофизике: гравитационное поле; магнитное поле; электроволновое (электромагнитное) поле; сейсмоволновое (поле упругих колебаний или сейсмоакустическое); тепловое поле; радиационное поле.

Общим для всех физических полей является постоянное взаимодействие элементарных частиц. Общим для всех физических полей является постоянное взаимодействие элементарных частиц. Так, в гравитационном и барическом полях происходит взаимодействие масс частиц; в электрическом–взаимодействие между движущимися электрическими зарядами;

в геомагнитном–между электрическими зарядами и спиновыми носителями магнетизма (электроны, протоны и др.); в сейсмическом – передача упругих колебаний, возникающих при землетрясениях и искусственных взрывах, в термическом – взаимодействие энергий частиц, в радиоактивном – ядерных излучений.

Указанные взаимодействия масс, энергий, колебаний, излучений и т. д. происходят как внутри каждого геологического тела, каждой горной породы и каждой геосферы, так и между ними, и особенно на границах их соприкосновения.

Источниками физических полей является вся Земля в целом, все геосферы, любое геологическое тело, любая горная порода, любое искусственное сооружение. Источниками физических полей является вся Земля в целом, все геосферы, любое геологическое тело, любая горная порода, любое искусственное сооружение. Все объекты порождают вокруг и внутри себя гравитационное, магнитное, тепловое, радиоактивное, электрическое поля, а при механическом и другом воздействии на них становятся источником полей упругих колебаний. Измеряя величины (параметры) внешних физических полей, можно судить об источниках этих полей.

КЛАССИФИКАЦИИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ 1) -стационарное (установившееся), если в каждой точке пространства оно не меняется с течением времени; -нестационарное (неустановившееся), если таковое изменение имеет место.

2) 2) -скалярное (например, поле температур или поле плотностей); - векторное (например, поле сил тяготения или электромагнитное поле и др.)

3) - естественное (например, гравитационное, геомагнитное, электрическое, термическое, поле естественных ядерных излучений, сейсмическое (возникшее в результате упругих колебаний при землетрясениях); - искусственное возбуждается по заданию экспериментатора.

2. Геофизический параметр Каждое геофизические поле определяется своими присущими ему параметрами (величинами). Геофизический параметр – это величина, значения которой служат для различия элементов геофизических полей. Геофизическое поле характеризует пространственное распределение геофизических параметров, которые изменяются во времени.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПОЛЯ ГРАВИТАЦИОННОЕ - ускорение свободного падения (g) ТЕРМИЧЕСКОЕ – температура (T (K), t (0 C) ГЕОМАГНИТНОЕ - полный вектор напряженности (T) и его горизонтальная составляющая (H), угол склонения (D), угол наклонения (J) ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ - магнитная (H) и электрическая (E) составляющие вектора напряженности УПРУГОЕ – время и скорости распространения продольных (Vp) и поперечных (Vs) упругих волн РАДИАЦИОННОЕ – интенсивность естественного излучения (Jγ), искусственно вызванных (Jγγ, Jnn) БАРИЧЕСКОЕ – давление (Р)

Потенциальное поле изображают в виде линий лучей, расходящихся (или сходящихся) в радиальном направлении. Такие линии получили название линий вектора напряженности.

Свойства напряженности потенциального поля 1. Напряженность поля точечного источника убывает пропорционально квадрату расстояния от него. 2. Если поле создается несколькими источниками, то напряженность такого поля равна векторной сумме напряженностей, создаваемой в данной точке каждым источником в отдельности. В этом выражается важный в геофизике: принцип суперпозиции.

4. Потенциал геофизического поля (U)

4. Потенциал геофизического поля (U)

5. Геофизическое явление Это определенный физический процесс, сопровождающийся резким (качественным) изменением состояния геофизических полей или отдельных их сторон.

П о л я р н ы е с и я н и я

магнитные бури

грозы

землетрясения

движение магнитных полюсов

образование и таяние льда и снежного покрова

снежные лавины

сели

земные и морские приливы

Извержение вулканов

4. МЕТОДЫ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ I. По месту проведения:

2. Воздушные, АЭРОКОСМИЧЕСКИЕ

3. Морские, речные

II. По видам физических полей и изучаемым физическим свойствам: 1. Магнитные 2. Гравиметрические 3. Ядерно-физические 4. Сейсмические 5. Термические

III. По способу изучения и передачи информации: -дистанционные -непосредственного измерения на месте

В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПОСТАВЛЕННОЙ ЦЕЛИ МЕТОДЫ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЕЛЯТСЯ НА: 1 – МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ СТРОЕНИЯ, СОСТАВА И СВОЙСТВ ГЕОСФЕР 2 – МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ, ВЕЛИЧИН, ЯВЛЕНИЙ

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ СТРОЕНИЯ, СОСТАВА И СВОЙСТВ ГЕОСФЕР включают: 1- методы прямого и косвенного зондирования оболочек Земли 2-комплексный метод зондирования геосфер из космического пространства

Кольская сверхглубокая скважина

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ, ВЕЛИЧИН, ЯВЛЕНИЙ -метод стационарных наблюдений -экспедиционный метод -экспериментальные исследования -метод теоретического анализа