Geofysik: Hvad er det? Jordens struktur, magnetfelt og anvendelser

Geofysik: Lær om Jordens struktur, magnetfelt, pladetektonik og praktiske anvendelser — fra naturfareforebyggelse til råstof- og grundvandskortlægning.

Geofysik (/dʒiːoʊfɪzɪks/) er fysik anvendt på Jorden og dens omgivelser i rummet. Det er både en række metoder til at måle og indsamle data om Jorden og et fagfelt, der bruger disse målinger til at forstå processer og strukturer i og omkring planeten. Geofysik kan dække studier af jordens geologi—herunder dens form, gravitations- og magnetfelt, samt indre struktur og sammensætning—men omfatter også dynamiske processer som pladetektonik, magmaer, vulkanisme og bjergartsdannelse.

Hvad omfatter moderne geofysik?

Moderne geofysik er tværfaglig og arbejder på mange skalaer fra mikrometer til planetarisk. Nogle geofysikere fokuserer på faste jordlag og dybe processer i kappen og kernen, mens andre studerer overflade- og nær-surface-fænomener. Flere geofysikere undersøger i dag den hydrologiske cyklus, herunder sne og is, og hvordan havene og atmosfæren bevæger sig. De analyserer også elektricitet og magnetisme i atmosfæren, ionosfæren og magnetosfæren. Samspillet mellem Jorden og Solen—f.eks. rumvejr og solvindens påvirkning af magnetosfæren—er en naturlig del af feltet.

Jordens indre struktur

Geofysiske metoder giver os mulighed for at "se" ind i Jorden uden at bore gennem hele tykkelsen. Ved at analysere seismiske bølger fra jordskælv, gravimetriske målinger og magnetiske data kan man opstille modeller for jordskorpen, mantlen og kernen. Typisk inddeles Jorden i:

• en tynd skorpe (kontinental og oceanisk),
• en mere sammenhængende kappe, hvor konvektion styrer pladetektonik,
• en ydre flydende kerne, der skaber det globale magnetfelt gennem dynamo-effekten, og
• en fast indre kerne.

Vigtige opdagelser som bestemmelsen af kernens struktur og opdagelsen af en fast indre kerne (f.eks. af Inge Lehmann i 1936) er resultat af geofysiske analyser af bølgefortegnelse og rejsetider.

Magnetfelt, ionosfære og magnetosfære

Jordens magnetfelt beskytter atmosfæren mod solvinden og påvirker elektroniske systemer og navigationsinstrumenter. Feltet stammer primært fra bevægelser i den flydende ydre kerne (den geodynamiske dynamo). Overfladen og rummet omkring Jorden—inklusive ionosfæren og magnetosfæren—studeres med magnetometre og satellitter for at forstå magnetiske storme, nordlys og hvordan rumvejr påvirker teknologi og klima.

Metoder og instrumenter

Geofysikere bruger en bred vifte af instrumenter og teknikker til at indsamle data:

• Seismologi: seismometre og netværk til at registrere jordskælv og skabe tomografiske billeder af jordens indre.
• Gravimetri: måling af lokale og regionale variationer i tyngdefeltet for at bestemme massefordelinger.
• Magnetometri: måling af magnetfeltets styrke og retning til kortlægning af geologiske strukturer og ændringer over tid.
• Elektriske og elektromagnetiske metoder: anvendt til at finde vand, mineraler og til at karakterisere sedimenter og grundforhold.
• Geodæsi og GNSS/GPS: præcise positioneringsmålinger til at overvåge pladebevægelser, deformation og havniveau.
• Fjernmåling og satellitter: radar, lidar, multispektrale sensorer og missioner som f.eks. GRACE til at måle masseændringer (is og vand) og topografi.
• Sølundersøgelse (sonar): til kortlægning af havbunden og sub-bund strukturer.

Anvendelser og nytteværdi

Geofysik har mange praktiske anvendelser, både kommercielle og samfundsmæssige. Feltet hjælper med at:

• finde og karakterisere råstoffer som olie, gas og mineraler,
• lokalisere og forvalte grundvand,
• understøtte naturfarer-beregning og -forebyggelse ved at kortlægge risikoområder for jordskælv, vulkanudbrud, jordskred og tsunamier,
• monitorere gletsjer- og iskappe-volumener og bidrage til forståelsen af klimaændringer,
• hjælpe ved civilingeniørprojekter og byggegrundsundersøgelser, og
• understøtte arkeologi ved at lokalisere skjulte strukturer uden at grave.

Geofysiske data er også afgørende for miljøovervågning: de kan afsløre forurening i jorden, bestemme tykkelsen af sedimenter og gletsjere, og vise områder med menneskeskabt eller naturligt miljøskade, som bør udbedres.

Historie og udvikling

Geofysik blev først anerkendt som et selvstændigt fag i det 19. århundrede, men teknikker og praksis går langt tilbage. Der var geofysikere i oldtiden: de første magnetiske kompasser opfandt man i det fjerde århundrede f.Kr., og et tidligt seismoskop blev bygget i 132 f.Kr. Isaac Newton anvendte sin mekanikteori på tidevand og præcessionen af jordaksen. Siden er instrumenter blevet forfinet til at måle Jordens form, dens densitet og tyngdefelt samt komponenter af vandkredsløbet. I det 20. århundrede åbnede teknologiske fremskridt—fra seismiske netværk til satellitbaseret fjernmåling—nye muligheder for at undersøge både fastland og hav i globale skalaer.

Fremtiden for geofysik

Fremtidens geofysik kombinerer avanceret instrumentation, store datamængder (big data), numerisk modellering og maskinlæring for at forbedre kortlægning og prognoser. Der er stigende fokus på at bruge geofysiske metoder til at forstå klimatilpasning, bæredygtig ressourceudnyttelse og risikoreduktion i et samfund der er mere sårbart overfor miljø- og klimahændelser.

Spørgsmål og svar

Q: Hvad er geofysik?

Spørgsmål: Hvornår blev geofysik et anerkendt studieområde?

Spørgsmål: Hvem var nogle af de første geofysikere?

Spørgsmål: På hvilke måder kan studier i geofysik hjælpe med at løse problemer?

Spørgsmål: Hvilke instrumenter bruges til at måle aspekter af Jordens miljø?

Spørgsmål: Hvordan hænger geofysik sammen med andre videnskaber som f.eks. astronomi og meteorologi?

Søg efter bogstav