ФИ́ЗИКА ЗЕМЛИ́

ФИ́ЗИКА ЗЕМЛИ́, ком­плекс на­ук, изу­чаю­щий т. н. твёр­дую Зем­лю: её строе­ние, эво­лю­цию, со­став, свой­ст­ва, про­цес­сы в не­драх и др. Вклю­ча­ет сле­дую­щие са­мо­сто­ят. раз­де­лы: сейс­мо­ло­гию, гра­ви­мет­рию, зем­ной маг­не­тизм, гео­тер­мию, гео­элек­три­ку, гео­ди­на­ми­ку, ис­сле­до­ва­ние ми­не­ра­лов и гор­ных по­род при вы­со­ких дав­ле­ни­ях и темп-рах, а так­же раз­де­лы гео­фи­зи­ки, раз­ви­ваю­щие­ся на сты­ке с гео­ло­ги­ей, ма­те­ма­ти­кой, хи­ми­ей и др. По­сле по­лу­че­ния зна­чит. объ­ё­ма дан­ных о др. пла­не­тах из Ф. З. вы­де­ли­лась срав­ни­тель­ная пла­не­то­ло­гия, обоб­щаю­щая зна­ния Ф. З. на др. пла­не­ты Сол­неч­ной сис­те­мы.

Наи­бо­лее об­шир­ный раз­дел Ф. З. – сейс­мо­ло­гия, за­ни­маю­щая­ся из­ме­ре­ния­ми и ана­ли­зом всех ви­дов дви­же­ний зем­ной ко­ры, ре­ги­ст­ри­руе­мых сейс­мо­гра­фа­ми. Ис­сле­до­ва­ние ха­рак­те­ра рас­про­стра­не­ния сейс­мич. волн, а так­же из­ме­ре­ния пе­рио­дов собств. ко­ле­ба­ний Зем­ли по­зво­ли­ли ре­шить осн. за­да­чу сейс­мо­ло­гии – по­стро­ить гло­баль­ную сейс­мич. мо­дель Зем­ли и на её ос­но­ве ус­та­но­вить рас­пре­де­ле­ние плот­но­сти, дав­ле­ния, мо­ду­лей уп­ру­го­сти и др. фи­зич. па­ра­мет­ров «твёр­дой» Зем­ли, раз­де­лить не­дра на спе­ци­фич. зо­ны.

Гра­ви­мет­рия изу­ча­ет гра­ви­тац. по­ле Зем­ли (от­ра­жаю­щее ха­рак­тер рас­пре­де­ле­ния масс в не­драх пла­не­ты), его про­стран­ст­вен­ное из­ме­не­ние; оп­ре­де­ля­ет фи­гу­ру Зем­ли, ис­сле­ду­ет яв­ле­ния, свя­зан­ные с пре­цес­си­ей и ну­та­ци­ей зем­ной оси. Оцен­ка ано­ма­лий си­лы тя­же­сти ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся в Ф. З. Изу­че­ние зем­ных при­ли­вов по­зво­ля­ет про­во­дить зон­ди­ро­ва­ние недр пла­не­ты на сверх­длин­ных пе­рио­дах, что важ­но для изу­че­ния не­уп­ру­гих свойств зем­ных недр. Гра­ви­мет­рия тес­но свя­за­на с то­по­гра­фи­ей и гео­де­зи­ей. Раз­ви­тие кос­ми­че­ской гео­де­зии по­зво­ли­ло с вы­со­кой точ­но­стью оп­ре­де­лить гра­ви­тац. по­тен­ци­ал Зем­ли, уточ­нить фи­гу­ру Зем­ли, оп­ре­де­лить па­ра­мет­ры её вра­ще­ния.

Зем­ной маг­не­тизм изу­ча­ет гео­маг­нит­ное по­ле и его про­стран­ст­вен­но-вре­мен­ны́е ва­риа­ции. Ве­ко­вые ва­риа­ции от­ра­жа­ют слож­ную кар­ти­ну гид­ро­маг­нит­ных те­че­ний и ко­ле­ба­ний в яд­ре Зем­ли; ис­точ­ни­ки су­точ­ных и бо­лее ко­рот­ких ва­риа­ций гео­маг­нит­но­го по­ля ле­жат в ат­мо­сфе­ре и маг­ни­то­сфе­ре. Соз­да­ние за­кон­чен­ной тео­рии гео­маг­нит­но­го по­ля – од­на из важ­ней­ших не­ре­шён­ных за­дач Ф. З. Изу­че­ние маг­нит­ных свойств гор­ных по­род по­зво­ля­ет оха­рак­те­ри­зо­вать гео­маг­нит­ное по­ле да­лё­ко­го про­шло­го (см. Па­лео­маг­не­тизм).

Гео­тер­мия (гео­тер­ми­ка) ис­сле­ду­ет те­п­ло­вое со­стоя­ние, рас­пре­де­ле­ние темп-ры и глу­бин­ных ис­точ­ни­ков те­п­ла, те­п­ло­вую ис­то­рию Зем­ли, что име­ет фун­дам. зна­че­ние для лю­бых ги­по­тез о строе­нии и эво­лю­ции пла­не­ты. Экс­пе­рим. гео­тер­мия ос­но­ва­на на из­ме­ре­нии гео­тер­мич. гра­ди­ен­та и те­п­ло­во­го по­то­ка из зем­ных недр.

Гео­элек­три­ка изу­ча­ет элек­трич. свой­ст­ва гор­ных по­род, гл. обр. элек­тро­про­вод­ность обо­ло­чек Зем­ли. Вы­де­ля­ют глу­бин­ную гео­элек­три­ку (ис­сле­дую­щую элек­тро­про­вод­ность зем­ной ко­ры и ман­тии с це­лью оп­ре­де­ле­ния тер­мо­ди­на­мич. и фа­зо­во­го со­стоя­ния недр Зем­ли) и при­клад­ную гео­элек­три­ку (вклю­чаю­щую элек­три­че­скую раз­вед­ку, элек­три­че­ский ка­ро­таж). Ком­плек­си­ро­ва­ние (со­че­та­ние) гео­фи­зич. дан­ных с ла­бо­ра­тор­ны­ми дан­ны­ми по оп­ре­де­ле­нию элек­тро­про­вод­но­сти ми­не­ра­лов при вы­со­ких дав­ле­ни­ях и темп-рах в ста­тич. ка­ме­рах вы­со­ко­го дав­ле­ния по­зво­ли­ло ус­та­но­вить рас­пре­де­ле­ние элек­тро­про­вод­но­сти в си­ли­кат­ной ман­тии Зем­ли до гра­ни­цы с ядром.

Гео­ди­на­ми­ка ме­то­да­ми ме­ха­ни­ки сплош­ных сред и не­рав­но­вес­ной тер­мо­ди­на­ми­ки ис­сле­ду­ет свой­ст­ва гор­ных по­род и про­цес­сы, про­те­каю­щие в не­драх Зем­ли. В рам­ках кон­цеп­ции тек­то­ни­ки плит ус­та­нов­ле­но, что в не­драх идут кон­век­тив­ные про­цес­сы. Внеш­ний слой Зем­ли (ли­то­сфе­ра) рас­ко­лот на тек­то­нич. пли­ты, в ко­то­рых те­п­ло пе­ре­но­сит­ся пу­тём обыч­но­го ме­ха­низ­ма те­п­ло­про­вод­но­сти. За­да­чей гео­ди­на­ми­ки ны­не яв­ля­ет­ся по­строе­ние тео­рии кон­век­ции в ман­тии.

Ис­сле­до­ва­ние ми­не­ра­лов и гор­ных по­род при вы­со­ких дав­ле­ни­ях и темп-рах – важ­ная от­расль Ф. З. На 2016 весь диа­па­зон дав­ле­ний (до 350 ГПа) и темп-р (до 6000 К), ха­рак­тер­ный для недр Зем­ли, пе­ре­крыт в ста­тич. ус­та­нов­ках вы­со­ко­го дав­ле­ния. Для рас­чё­та свойств ми­не­ра­лов ис­поль­зу­ют­ся тео­ре­тич. ме­то­ды фи­зи­ки твёр­до­го те­ла. Ис­поль­зо­ва­ние экс­пе­рим. и тео­ре­тич. ме­то­дов фи­зи­ки вы­со­ких дав­ле­ний пре­вра­ти­ло Ф. З. в об­шир­ную фи­зич. дис­ци­п­ли­ну совр. ес­те­ст­во­зна­ния.

Ф. З. – срав­ни­тель­но мо­ло­дая об­ласть гео­фи­зи­ки. Её ста­нов­ле­ние мож­но от­не­сти к 1950-м гг., а оформ­ле­ние в меж­дис­ци­п­ли­нар­ную са­мо­сто­ят. об­ласть – к 1960-м гг., ко­гда ста­ло яс­но, что Зем­ля раз­ви­ва­ет­ся по ме­ха­низ­му тек­то­ни­ки плит, и бы­ли на­ча­ты ак­тив­ные кос­мич. ис­сле­до­ва­ния, по­строе­ны фа­зо­вые диа­грам­мы осн. по­ро­до­об­ра­зую­щих ми­не­ра­лов, ми­не­ра­ло­гич. раз­рез зем­ных недр, впер­вые за­ре­ги­ст­ри­ро­ван спектр собств. ко­ле­ба­ний Зем­ли (по­сле ка­та­ст­ро­фич. Чи­лий­ско­го зем­ле­тря­се­ния в мае 1960). В 1980-х гг. раз­ра­бо­та­на сейс­мич. то­мо­гра­фия, от­крыв­шая путь к по­строе­нию трёх­мер­ных мо­де­лей Зем­ли. На ру­бе­же 20–21 вв. ста­ло воз­мож­ным ис­поль­зо­ва­ние су­пер­ком­пь­ю­те­ров для об­ра­бот­ки боль­ших мас­си­вов на­блю­дат. дан­ных и ре­ше­ния слож­ных гео­фи­зич. за­дач. Так­же бы­ли по­строе­ны тео­ре­тич. мо­де­ли маг­нит­но­го гео­ди­на­мо для объ­яс­не­ния ге­не­ра­ций маг­нит­но­го по­ля в яд­ре Зем­ли.

Ре­зуль­та­ты ис­сле­до­ва­ний по разл. от­рас­лям Ф. З. пуб­ли­ку­ют­ся в отеч. пе­рио­дич. из­да­ни­ях: «Гео­ло­гия и гео­фи­зи­ка» (с 1960), «Гео­маг­не­тизм и аэ­ро­но­мия» (с 1961), «Из­ве­стия РАН. Физи­ка Зем­ли» (с 1965), «Гео­тек­то­ни­ка» (с 1965), «Вул­ка­но­ло­гия и сейс­мо­ло­гия» (с 1979), «Ис­сле­до­ва­ние Зем­ли из кос­мо­са» (с 1980) и др.