✕
Hoppa till innehållet

Geofysik

Från Wikipedia
Ej att förväxla med Fysisk geografi.

Geofysik är en fysikalisk vetenskap som handlar om jordens processer och egenskaper och dess omgivande rymdmiljö, som studeras med hjälp av kvantitativa observationsmetoder. Geofysiken studerar bland annat jordens gravitation, jordens magnetfält och elektromagnetiska fält. Även jordens inre struktur, sammansättning och dynamik studeras, såsom deras påverkan på ytan i tektonik, vulkanism och bildning av bergarter. Geofysik omfattar också jorden ur ett planetariskt perspektiv, inklusive oceaner, kryosfären, jordens atmosfär, jonosfär och magnetosfär, samt växelverkan mellan solen och jorden och analoga processer på månen, andra planeter och deras månar.[1][2][3][4][5] Geofysik är en av de äldsta vetenskaperna och kan spåras tillbaka till antiken med utvecklingen av tidiga seismografer och magnetiska kompasser, och vidare till Isaac Newtons analyser av jordens gravitation, tidvatten, precession och jordens fysiska egenskaper. Idag bedrivs geofysik för grundläggande vetenskaplig förståelse och praktiska tillämpningar, inklusive utforskning av mineraltillgångar och energiresurser, bedömning och begränsning av naturkatastrofer, grundvatten- och miljöstudier, arkeologiska undersökningar och miljöövervakning. Geofysik spelar en viktig roll i hållbar utveckling och energiomställningen, då dess metoder används för att prospektera för kritiska råmaterial och för att hitta geologiska strukturer som är lämpliga för att extrahera och lagra geoenergi (t ex geotermisk energi).

Geofysik integrerar teori, observation och experiment för att undersöka jorden och solsystemet över olika rumsliga och tidsmässiga skalor. Dess vetenskapliga metoder inkluderar fältarbete, experiment i laboratorier, fjärranalys och dataanalys, inklusive signalbehandling och matematisk modellering. Som en enande fysisk ram för studier av jorden och andra planeter förbinder geofysiken fenomen från planetens djupa inre till den övre atmosfären och den jordnära miljön i solsystemet, vilket ger grunden för förståelse av planetarisk utveckling, dynamik och beboelighet.

Fysiska fenomen

[redigera | redigera wikitext]

Geofysik är ett mycket tvärvetenskapligt ämne, och geofysiker bidrar till alla områden av geovetenskaperna, medan vissa geofysiker bedriver forskning inom planetologi. För att ge en tydligare uppfattning om vad som utgör geofysik beskriver detta avsnitt fenomen som studeras i fysiken och hur de relaterar till jorden och dess omgivning. Geofysiker undersöker också jordens fysiska processer och egenskaper, dess skorpa, mantel och kärna såsom jordens magnetfält tillsammans med den jordnära miljön i solsystemet, som inkluderar andra planeter.

Gravitation

[redigera | redigera wikitext]
Huvudartikel: Gravitation
Fördjupning: Gravimetri (fysik) och geodesi
Image
En karta över avvikelser i gravitationen från en perfekt slät, idealiserad jord.

Månens och solens gravitation ger upphov till två höga och två låga tidvatten var 24:e timme och 50 minuter. Därför finns det ett mellanrum på 12 timmar och 25 minuter mellan varje högvatten och mellan varje lågvatten.[6]

Gravitationskrafter gör att ytnära bergarter utövar ett tryck på djupare bergarter, vilket ökar deras densitet när djupet ökar.[7] Mätningar av tyngdacceleration och gravitationspotential vid jordens yta kan användas för att leta efter mineralfyndigheter (se gravimetri)[8] och ger information om dynamiken hos tektoniska plattor.

Samspelet mellan jordens gravitation, rotation och inre processer bestämmer jorden form. Den gravimetriska ekvipotentialyta som kallas geoiden är en definition av jordens geometriska form.[9] Geoiden skulle vara den globala genomsnittliga havsnivån om haven var i jämvikt och kunde förlängas genom kontinenterna (t.ex. med mycket smala kanaler).[10][11] Jordens rotationsrörelser leder även till fenomen som nutation och Chandler rörelsen.[9]

Noggranna mätningar av position, tillsammans med jordens deformation, gravitation och rotation, omfattar geodesin, som är ett forskningsfält inom geofysiken.

Vibrationer

[redigera | redigera wikitext]
Huvudartikel: Seismologi
Image
Illustration av deformationerna i ett block orsakad av volymvågor överst och ytvågor nederst (seismisk våg).

Seismiska vågor är vibrationer som färdas genom jordens inre eller längs dess yta.[12] Hela jorden kan dessutom uppvisa globala svängningsmönster, så kallade egensvängningar av jorden. Markrörelser från vågor eller egensvängningar mäts med hjälp av seismografer. Om vågorna kommer från en lokaliserad källa som en jordbävning eller explosion, kan mätningar på mer än en plats användas för att lokalisera källans position. Jordbävningarnas platser ger information om plattektonik och mantelkonvektion.[13][14]

Mätningar av seismiska vågor från kontrollerade källor ger information om regionen som vågorna färdas genom. Om bergets densitet eller elastiska egenskaper förändras, reflekteras vågorna. Reflektioner som registreras med hjälp av reflektionsseismologi ger information om jordens struktur nära jordytan ända ner till jordens kärna och används för att öka vår förståelse av jordens struktur och geologi samt för att prospektera för olika råvaror såsom kritiska råmaterial, olja och gas.[8] Förändringar i vågens utbredningsriktning genom refraktion kan användas för att härleda jordens djupa struktur.[14]

Jordbävningar utgör ett betydande hot mot mänsklig säkerhet. Genom att fördjupa förståelsen för deras underliggande mekanismer – som varierar beroende på jordbävningstyp, såsom skalv inom tektoniska plattar eller djuphärdsskalv kan vi förbättra bedömningen av seismisk risk och utveckla mer robusta geotekniska lösningar.[15]

Elektriska och elektromagnetiska fenomen

[redigera | redigera wikitext]

Naturligt förekommande elektromagnetiska fält genereras bland annat av strömmar i jordens yttre kärna, magnetosfären, jonosfären och atmosfären (till exempel blixtnedslag). Dessa strömsystem är kopplade till hydrodynamiska effekter och förklaras genom magnetohydrodynamisk teori. Elektriska strömmar i det högkonduktiva flytande järnet i jordens yttre kärna genererar ett magnetfält genom magnetohydrodynamiska effekter. Detta strömsystem står för den största interna delen av jordens magnetfält (se nedan). Alfvénvågor är magnetohydrodynamiska vågor i magnetosfären eller jordens kärna. Alfvénvågor som sprider sig i jordens kärna har förmodligen liten märkbar effekt på jordens magnetfält, men långsammare vågor som magnetiska Rossbyvågor kan vara en källa till geomagnetisk sekulär variation.[16]

Även om vi främst märker av elektriska fenomen under åskväder, finns det alltid ett nedåtriktad atmosfäriskt elektriskt fält nära jordens yta som i genomsnitt är 120 volt per meter.[17] Joniseringen av planetens atmosfär är ett resultat av att den kosmiska strålningen tränger in i den, vilket lämnar den nedre delen av atmosfären med en positiv nettoladdning. En ström på globalt cirka 1800 ampere flödar nedåt från jonosfären över större delen av jorden och tillbaka uppåt genom åskväder.[17] Flödet manifesteras av blixtar under molnen och så kallade sprites ovanför.

Olika elektriska och elektromagnetiska metoder används i geofysiska undersökningar. Så kallade passiva metoder mäter naturligt förekommande elektriska fält, t. ex. den spontana potentialen, som uppstår i marken på grund av naturliga störningar.[8] Telluriska strömmar flödar i jorden och i haven och har olika orsaker. Tidsmässiga ändringar av jordens magnetfält (främst magnetosfäriska och jonosfäriska strömmar) inducerar telluriska strömmar i jorden, blixtnedslag genererar strömflöde nära nedslagsplatsen och inducerar telluriska strömmar.[8] Rörelsen av elektriskt ledande material (t.ex. havsvatten) i jordens permanenta magnetfält inducerar ett strömflöde i materialet. Så kallade magnetotelluriska mätningar av elektriska och magnetiska fält som uppstår i samband med telluriska strömmar kan användas för att upptäcka variationer av elektrisk resistivitet i geologiska strukturer i jordens skorpa och litosfär.[8][18][19] I aktiva elektriska och elektromagnetiska metoder genereras den elektriska strömmen däremot av en egen signalkälla (sändare). Aktiva elektriska metoder omfattar inducerad polarisering och elektrisk resistivitetstomografi.[20] Elektromagnetiska metoder som används i grundforsknings- och prospekteringssyften inkluderar elektromagnetism genererad av transienta källor och jordströmmar skapade av naturliga fenomen på land och till havs för undersökningar av havsbottnen.[21] Dessa aktiva metoder används för att utforska jordens struktur från ca en meters till ett par kilometers djup. Nukleär magnetisk resonans är en elektromagnetisk metod med kontrollerade källor som används i hydrologiska studier för att bestämma vattenhalt och porositet av akviferer, såsom markens vattengenomsläpplighet.[22]

Magnetfält

[redigera | redigera wikitext]
Huvudartikel: Jordens magnetfält

Jordens magnetfält skyddar jorden från den dödliga solvinden och har länge använts för navigering till sjöss och till lands. Den genereras i den yttre kärnans flytande rörelser och till en mindre andel i jordskorpan.[16] I den övre atmosfären ger magnetfältet upphov till norrskenet.[23]

Image
Jordens magnetiska dipolaxel (rosa linje – dipolns symmetriaxel) lutas bort från rotationsaxeln (blå linje).
Image
Datorsimulering av jordens magnetfält i en period av normal polaritet mellan polomkastningar.
Image
Ålder för olika delar av havsbottnen.

Jordens magnetfält är ungefär som en lutad dipol, men det förändras över tiden (ett fenomen som kallas geomagnetisk sekulär variation). Mestadels stannar den magnetiska nordpolen nära den geografiska nordpolen, men med slumpmässiga intervaller av i genomsnitt 440 000 till en miljon år eller så, byter jordens magnetfält polaritet. Dessa geomagnetiska polomkastningar lämnar en signatur i form av parallella linjära magnetiska anomalier (magnetiska strimmor) på havsbottnen. Dessa strimmor ger kvantitativ information om havsbottenspridning, en del av plattektoniken. De är grunden för magnetostratigrafi, som korrelerar magnetiska omkastningar med annan stratigrafisk information för att konstruera geologiska tidsskalor.[24] Dessutom kan magnetiseringen av bergarter användas för att mäta kontinenternas tidigare rörelser.[16] Baserat på en analys av de geomagnetiska strimmorna på havsbottnen har en geomagnetisk polaritetstidsskala etablerats, som innehåller 184 polaritetsintervall under de senaste 83 miljoner åren (och därmed 183 polomkastningar). Frekvensen av omkastningar ändras över tiden. Den senaste korta fullständiga omkastningen (Laschamp-händelsen) inträffade för 41 000 år sedan under den senaste istiden.

Radioaktivitet

[redigera | redigera wikitext]
Image
Exempel på radioaktivt sönderfallskedja (se radiometrisk datering)

Radioaktivt sönderfall står för cirka 80% av jordens inre värme, vilket driver geodynamon och plattektoniken.[25] De viktigaste värmeproducerande isotoperna är kalium-40, uran-238, uran-235 och thorium-232.[26] Radioaktiva element används för radiometrisk datering, den primära metoden för att fastställa en absolut tidsskala i geokronologi.

Instabila isotoper sönderfaller med förutsägbara hastigheter, och sönderfallsfrekvensen för olika isotoper täcker flera storleksordningar. Därmed kan radioaktivt sönderfall användas för att datera både de senaste händelserna och händelserna i tidigare geologiska epoker.[27] Mark- och luftburen gammaspektrometri kan användas för att kartlägga koncentrationen och distributionen av radioisotoper nära jordens yta, vilket är användbart för kartläggning av litologi och omvandling.[28][29]

Fluidmekanik

[redigera | redigera wikitext]

Flytande rörelser förekommer i magnetosfären, atmosfären, havet, manteln och kärnan. Även manteln flyter som en vätska över långa tidsintervaller, fast den har en enorm viskositet. Detta flöde återspeglas i fenomen som isostasi, postglacial landhöjning och mantelplymer. Mantelflödet driver plattektoniken och flödet i jordens kärna driver geodynamon.[16]

Geofysisk fluiddynamik är ett primärt verktyg i fysisk oceanografi och meteorologi. Jordens rotation har djupgående effekter på jordens fluiddynamik, ofta på grund av Corioliseffekten. I atmosfären ger den upphov till storskaliga mönster som Rossbyvågor och bestämmer de primära cirkulationsmönstren hos stormar. I haven ger den upphov till storskaliga cirkulationsmönster samt Kelvinvågor och Ekmanspiraler vid havsytan.[30] I jordens kärna är cirkulationen av det smälta järnet uppbyggd av Taylor-kolonnerna.[16]

Vågor och andra fenomen i magnetosfären kan modelleras med magnetohydrodynamik.

Värmeflöde

[redigera | redigera wikitext]
Image
En modell av termisk konvektion i jordens mantel. De tunna röda kolonnerna är mantelplymer.

Jorden svalnar och värmen som flödar ut (värmeflödet) genererar jordens magnetfält genom geodynamon och plattektonik via mantelkonvektion.[31] De viktigaste värmekällorna är primordial värme (dvs jordens ursprungliga värme) och radioaktivitet i jordens övre skorpa. Det finns också några bidrag från fasövergångar. Värmen transporteras mestadels till ytan av termisk konvektion, även om det finns två termiska gränsskikt – kärn-mantelgränsen och litosfären – där värme transporteras genom konduktion.[32] En del värme bärs upp från mantelns botten av mantelplymer. Värmeflödet vid jordens yta är ca , och det är en potentiell källa till geotermisk energi.[33]

Mineralfysik

[redigera | redigera wikitext]

Mineralernas fysikaliska egenskaper måste förstås för att härleda sammansättningen av jordens inre från seismologiska, magnetiska och gravimetriska mätningar, den geotermiska gradienten och andra informationskällor. Mineralfysiker studerar de elastiska egenskaperna hos mineraler; deras högtrycksfasdiagram, smältpunkter och tillståndsekvationer vid högt tryck; och de reologiska egenskaperna hos bergarter eller deras förmåga att flöda. Över korta perioder är bergarters deformation spröd, men över längre perioder är deformationen som ett långsamt viskost flöde, som betecknas som creep på engelska. Viskositeten hos bergarter påverkas av temperatur och tryck, och bestämmer i sin tur de hastigheter med vilka tektoniska plattor rör sig.[7]

Vatten är ett mycket komplext ämne och dess unika egenskaper är nödvändiga för livet.[34] Vattnets fysikaliska egenskaper formar hydrosfären och är en viktig del av vattnets kretslopp och klimatet. Dess termodynamiska egenskaper bestämmer avdunstning och den termiska gradienten i atmosfären. De många typerna av nederbörd innebär en komplex blandning av processer som koalescens, underkylning och supersatuering.[35][källa behövs] En del nederbörd blir grundvatten, och grundvattenflödet innehåller fenomen som perkolation, medan vattnets elektriska ledningsförmåga gör elektriska och elektromagnetiska metoder användbara för att spåra grundvattenflödet. Fysiska egenskaper hos vatten såsom salthalt har en stor effekt på dess rörelse i haven.[30]

Is förekommer i många olika faser och former och tillsammans utgör de kryosfären – från stora istäcken och glaciärer till havsis, sjö- och flodis, samt frusen mark, så kallad permafrost.

Jordens struktur

[redigera | redigera wikitext]

Storlek och form av jorden

[redigera | redigera wikitext]

I motsats till vad många tror är jorden inte helt sfärisk utan uppvisar i allmänhet en ellipsoidform - vilket är ett resultat av de centrifugalkrafter som planeten genererar på grund av sin ständiga rotation. Dessa krafter får planetens diameter att bukta mot ekvatorn och resulterar i ellipsoidformen. Jordens form förändras ständigt, och postglacial landhöjning (stora istäcken smälter varpå jordskorpan återgår till ett mekaniskt jämviktsläge efter att ha befriats från inlandsisens tryck), geologiska strukturer som berg eller djuphavsgravar, samt plattektonik och naturkatastrofer kan ytterligare förvränga planetens geometriska form.

Struktur i det inre

[redigera | redigera wikitext]
Huvudartikel: Jordens inre struktur
Image
Seismiska våghastigheter och gränser i jordens inre beräknade från observationer av seismiska vågor.

Modeller av jordens inre - dess sammansättning, densitet, temperatur och tryck – härleds av en kombination av seismologiska data, jordens tyngdfält och tröghetsmoment, värmeflöde vid ytan och mineralfysik. Till exempel är jordens genomsnittliga specifika vikt (5,515) mycket högre än den typiska specifika vikten hos bergarter vid ytan (2,7-3,3), vilket innebär att det djupare materialet är tätare. Detta antyds också av jordens låga tröghet (, jämfört med för en sfär av konstant densitet). Den del av täthetsökningen som orsakas av det enorma trycket inne i jorden kan beräknas med Adams-Williamson-ekvationen. Beräkningsresultat visar att trycket ensamt inte kan förklara ökningen av tätheten, men att även en ändring i den mineralogiska sammansättningen behövs. Idag vet vi att jordens kärna består av en blandning av järn och andra mineraler.[7]

Rekonstruktioner av seismiska vågor i jordens djupa inre visar att det inte finns några S-vågor i den yttre kärnan. Detta indikerar att den yttre kärnan är flytande, eftersom vätskor inte kan stödja skjuvning. Rörelsen av denna mycket ledande vätska genererar jordens magnetfält. Jordens inre kärna är dock solid på grund av det enorma trycket.[10]

En rekonstruktion av seismiska reflektioner i jordens djupa inre indikerar några stora diskontinuiteter i seismiska våghastigheter som avgränsar jordens stora zoner: inre kärna, yttre kärna, mantel, litosfär och skorpa. Manteln själv är uppdelad i övre mantel, övergångszonen, lägre mantel och D′′-skiktet. Mellan skorpan och manteln finns Mohorovičić-diskontinuiteten.[10]

Modeller av seismiska våghastigheter eller elektrisk ledningsförmåga måste tolkas med hjälp av mineralfysik för att göra slutsatser om sammansättningen av lagren. Eftersom mineralegenskaperna är temperaturberoende, måste även den geotermiska gradienten bestämmas. Detta kräver fysisk teori för termisk konduktion och konvektion och värmegeneration från radioaktiva element. Huvudmodellen för den radiella strukturen i jordens inre är den så kallade preliminary reference Earth model (PREM)[36]. Vissa delar av denna modell har uppdaterats av de senaste resultaten inom mineralfysik och kompletterats med seismisk tomografi. Manteln består huvudsakligen av silikater, och gränserna mellan mantelns lager överensstämmer med fasövergångar.[7]

Manteln fungerar som ett fast ämne för seismiska vågor. Men under högt tryck och temperaturer deformeras den så att den under miljontals år fungerar som en viskos vätska. Detta gör plattektonik möjligt.

Atmosfären

[redigera | redigera wikitext]
Huvudartikel: Jordens atmosfär

Jordens atmosfär är det gashölje som omsluter jorden och hålls kvar av jordens gravitationskraft. Atmosfären skyddar livet på jorden genom att absorbera skadlig ultraviolett strålning från solen och kosmisk strålning från rymden och även genom att minska temperaturskillnaderna mellan dag och natt samt att höja medeltemperaturen på jorden.

Atmosfären har inget abrupt slut utan tunnar gradvis ut i tomma rymden. Inom rymdfarten definieras rymden som 100 km ovanför havsnivå, den så kallade Karmanlinjen. Spår av atmosfären finns ända ut till ungefär 1000 km höjd. Atmosfärens massa är ungefär .

Jonosfären

[redigera | redigera wikitext]
Huvudartikel: Jonosfär
Image
Polarsken (norrsken) är ljus som utsänds från jonosfären där den träffas av energirika partiklar, mest elektroner, från magnetosfären.

Jonosfären är den del av jordens övre atmosfär som joniseras av strålning från rymden och därför utgörs av plasma. Jonosfären kännetecknas av hög elektrontäthet och därmed hög elektrisk ledningsförmåga. På grund av detta påverkar jonosfären utbredningen av radiovågor och möjliggör långväga radiotrafik på kortvåg mellan områden runt om jordklotet. Jordens jonosfär börjar på en höjd av omkring 80 km över jordens yta. Uppåt övergår den sedan gradvis i magnetosfären utan tydlig gräns.

Magnetosfären

[redigera | redigera wikitext]
Huvudartikel: Magnetosfär
Image
Skiss över jordens magnetosfär. Solvinden är riktad från vänster till höger.

Om en planets magnetfält är tillräckligt starkt, bildar dess interaktion med solvinden en magnetosfär. Tidiga rymdsonder kartlade de övergripande dimensionerna av jordens magnetfält, som sträcker sig cirka 10 jordradier mot solen. Solvinden, en ström av laddade partiklar som utgår från solen, strömmar mot och runt jordens magnetfält och fortsätter på jordens nattsida i magnetosvansen, hundratals jordradier nedströms. Inuti magnetosfären finns det relativt täta regioner av solvindspartiklar som kallas Van Allen-bältena.[23]

Metoder

[redigera | redigera wikitext]

Satelliter och rymdsonder

[redigera | redigera wikitext]

Satelliter i rymden har gjort det möjligt att samla in data från inte bara det synliga ljuset, men i andra delar av det elektromagnetiska spektrumet. Dessutom används satellitmätningar för att karakterisera jordens och planeternas gravitations- och magnetfält.

Mätningar av de förändringar i acceleration som upplevs av rymdfarkoster medan de kretsar runt jorden eller planeter har gjort det möjligt att kartlägga detaljerna av jordens och planeternas gravitationsfält. Till exempel mättes störningar i gravitationsfält över månhav genom Lunar Orbiter-programmet, vilket ledde till upptäckten av masskoncentrationer (dvs strukturer med högre täthet) under månhaven Imbrium, Serenitatis, Crisium, Nectaris och Humorum.[37] År 2002 lanserade NASA Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), där två tvillingsatelliter kartlägger variationer i jordens gravitationsfält genom att göra mätningar av avståndet mellan de två satelliterna med hjälp av GPS och ett mikrovågssystem. Gravitationsvariationer som upptäckts av GRACE är sådana som orsakas av förändringar i havsströmmar, avrinning och varierande grundvattennivåer såsom smältande istäcken och glaciärer. Havsnivån kan mätas med satellitburen radar, vilket bidrar till en mer exakt geoid.

Geofysiska observatorier, nätverk av permanenta stationer och datadelningsinitiativ

[redigera | redigera wikitext]

För bevakning av jordbävningar och jordens magnetfält bedriver många länder geofysiska observatorier eller nätverk av permanenta stationer. Dessa drivs ofta av statliga organisationer, såsom United States Geological Survey och British Geological Survey. I Sverige bedriver Uppsala universitet ett nätverk av 69 permanenta seismiska stationer (Svenska nationella seismiska nätet) och Sveriges geologiska undersökning bedriver ett geomagnetiskt observatorium. Förutom radioastronomi bedriver Onsala rymdobservatorium vid Chalmers tekniska högskola geovetenskaplig forskning inom satellitnavigation, mätningar av havsnivå, gravimetri, jordrotation, geodynamik och jordens atmosfär.

Vissa observatorier och nationella nätverk har gått ihop i internationella konsortier som till exempel International Real-time Magnetic Observatory Network(en) för geomagnetiska observatorier. I Europa delas seismologisk data genom samarbeten i Euro-Mediteranian Seismological Centre, som gör lokaliseringar och magnitudbestämningar av jordskalv, och Observatories & Research Facilities for European Seismology, som distribuerar seismisk vågformsdata. På global nivå delas seismologisk data via Federation of Digital Seismograph Networks, som även utvecklar protokoll för datadelning. European Plate Observing System är ett större europeiskt initiativ för att ge tillgång till olika slags geovetenskapliga data.

Global Positioning System (GPS)

[redigera | redigera wikitext]
Fördjupning: Satellitnavigation

Eftersom geofysik inkluderar studier om jordens geometriska form, och i förlängningen kartläggningen av processer runt och i planeten, innehåller geofysiska mätningar positionsmätningar av hög noggrannhet med GPS. En tredimensionell absolut position beräknas med hjälp av signaler från fyra eller fler synliga satelliter och relativt till koordinatsystemet GRS80. Noggrannheten av dessa mätningar kan ökas genom differentiell GPS-bearbetning. När de geofysiska mätningarna har bearbetats och inverterats plottas de tolkade resultaten i det önskade koordinatsystemet, ofta med hjälp av GIS-verktyg.

Det finns alternativa geodetiska metoder till GPS. Dessa metoder används dock främst i observatorier. Optisk astronomi kombinerar astronomiska koordinater och den lokala gravitationsvektorn för att få geodetiska koordinater. Denna metod ger positionen endast i två koordinater. Relativa positioner av två eller flera punkter kan bestämmas med hjälp av långbasinterferometri.[38]

Tillämpad geofysik och prospekteringsgeofysik

[redigera | redigera wikitext]

Tillämpad geofysik eller prospekteringsgeofysik är en gren av geofysiken som innebär utveckling och användning av olika seismiska, elektromagnetiska, magnetiska, gravimetriska eller radiometriska metoder som syftar till att undersöka olika energi-, mineral- och vattenresurser.[8][39] Tillämpade geofysiska metoder används även för att undersöka berggrunden inom geologisk och hydrologisk grundforskning, inför infrastrukturprojekt, för att bedöma risk för jordskred och jordskalv och inom arkeologi. Mätningarna görs med hjälp av olika mätplattformar som flygplan, båtar, drönare och borrhålsutrustning såsom markburna mottagare och signalkällor. Mätningar från flygplan, drönare och båtar behöver justeras för de effekter som plattformen själv kan ha på mätningarna. Till exempel, när man samlar in aeromagnetiska data med hjälp av ett konventionellt flygplan måste mätningarna justeras för att ta hänsyn till de magnetiska störningarna som flygplanet kan generera.[8]

Signalbehandling

[redigera | redigera wikitext]
Huvudartikel: Signalbehandling

Geofysiska mätningar registreras ofta som tidsserier med GPS-position. Signalbehandling innebär korrigering av tidsseriedata för oönskat brus eller fel som införts av mätsystemet, såsom flygplansvibrationer i gravitationsdata. Detta innebär också dygnskorrigeringar i magnetiska data.[8][39] Det kan också behövas korrigeringar relaterade till förändringar i uppmätt fältintensitet som är relaterade till jordens rotation. För tyngdkraftsfält- och magnetiska mätningar utförs ofta uppåt kontinuering och beräkningen av derivata, såsom den första vertikala derivatan.[8][11][39] Detta används bland annat för att framhäva hur geologiska strukturgränser påverkar mätningarna.

Numerisk modellering

[redigera | redigera wikitext]

I seismiska, elektromagnetiska, magnetiska och gravitationsmetoder fortsätter databehandlingen efter felkorrigeringar och minskning av brus med framåtmodellering (lösning av partiella differentialekvationer t. ex. med hjälp av finita differensmetoden eller finita elementmetoden) och inversmodellering (en metod av optimeringsläran) som resulterar i multidimensionella modeller av fördelningen av fysiska materialparametrar (såsom densitet, elektrisk ledningsförmåga eller elastiska egenskaper) i jorden. Dessa modeller tolkas geologiskt i och med att olika värden av materialparametrarna tolkas som olika bergarter.[8][39]

Historia

[redigera | redigera wikitext]

Geofysik uppstod som en separat disciplin först på 1800-talet, från skärningspunkten mellan fysisk geografi, geologi, astronomi, meteorologi och fysik.[källa behövs] Den första kända användningen av ordet geofysik var på tyska ("Geophysik") av Julius Fröbel 1834.[40] Men många geofysiska fenomen – som jordens magnetfält och jordbävningar – har undersökts sedan antiken.

Forntida och klassiska epoker

[redigera | redigera wikitext]
Image
Kopia av Zhang Hengs seismoskop, möjligen det första bidraget till seismologi.

Den magnetiska kompassen användes i Kina så långt tillbaka som det fjärde århundradet f.Kr. Den användes ursprungligen för navigering på land. Först när man kunde smida nålar av högkvalitativt stål blev kompassen ett tillförlitligt navigationsinstrument till sjöss – tidigare tappade nålarna sin magnetism för snabbt för att vara praktiskt användbara. Det första omnämnandet av en kompass i Europa var år 1190 e.Kr.[41]

Cirka 240 f.Kr. drog Eratosthenes av Cyrenes slutsatsen att jorden var rund och lyckades bestämma jordens omkrets med stor precision.[42] Han utvecklade ett system av latitud och longitud.[43]

Ett av de tidigaste bidragen till seismologin var sannolikt uppfinningen av ett seismoskop av Zhang Heng år 132 e.Kr.[44] För att ange riktningen för ett avlägset jordskalv släppte Zhangs apparat en bronskula från en av åtta rörformade utskjutande delar formade som drakhuvuden. Kulan föll ner i munnen på ett motsvarande metallföremål formad som en padda, var och en representerade en riktning som punkterna på en kompass. Det var först 1571 som den första konstruktionen för ett seismoskop publicerades i Europa, av Jean de la Hautefeuille. Men konstruktionen fullbordades aldrig.[45]

Början på modern vetenskap

[redigera | redigera wikitext]

1600-talet präglades av avgörande genombrott som lade grunden för den moderna vetenskapen. År 1600 släppte William Gilbert en publikation med titeln De Magnete (1600) där han genomförde serier av experiment båda på naturliga magneter (magnetitrika bergarter) och artificiellt magnetiserat järn.[46] Hans experiment resulterade i observationer med en liten kompassnål, ett så kallat versorium, som visade magnetiska beteenden när den placerades nära en sfärisk magnet. Genom att hänga kompassnålen på en horisontell axel kunde man mäta den magnetiska ”dippen”, alltså den magnetiska inklinationen, som ger en ungefärlig indikation på latituden. Hans experiment visade att kompassnålen pekar mot norr eftersom jorden i sig fungerar som en enorm magnet.[46]

År 1687 publicerade Isaac Newton sitt arbete med titeln Principia som var avgörande för utvecklingen av moderna vetenskapliga områden som astronomi och fysik.[47] I den lade Newton både grunden för klassisk mekanik och gravitation, samt förklarade olika geofysiska fenomen som precession. Newtons gravitationsteori hade så mycket framgång, att det resulterade i att det förändrade fysikens huvudmål i den tiden till att bestämma naturens grundläggande krafter och deras karakteriseringar med lagar.[47]

Den första seismometern, ett instrument som kan hålla ett kontinuerligt register över seismisk aktivitet, byggdes av James David Forbes 1844.[45]

Institutioner

[redigera | redigera wikitext]

Universitet

[redigera | redigera wikitext]

Följande svenska universitet erbjuder utbildningsprogram eller kurser i geofysik:

  • Uppsala universitet erbjuder geofysik-inriktningar på både kandidat- och masterprogrammen i fysik, kurser i geofysik på kandidat- och masterprogrammen i geovetenskap, på masterprogrammet i hållbar och innovativ hantering av naturresurser samt på civilingenjörsprogrammet i teknisk fysik.
  • Göteborgs universitet
  • Luleå tekniska universitet
  • Lunds universitet har inget sammanhållet kursutbud inriktat på enbart geofysik, men ett brett kursutbud med relevanta ämnen på kandidat- och masternivå på naturvetenskaplig fakultet samt vid flera civilingenjörsprogram vid Lunds tekniska högskola. Exempel på ämnen är tillämpad geofysik, hydrogeologi, aerosolfysik, paleomagnetism, rymdfysik och närliggande ämnen.
  • Stockholms universitet

Flertalet universitet erbjuder dessutom kurser i geofysik som fristående kurser.

Omfattande geofysikstudier erbjuds av geofysikinriktningarna på kandidat- och masterprogrammen i fysik vid Uppsala universitet. Det nationella ansvaret för utbildning inom seismologi, som är en del av geofysik, ligger vid Uppsala universitet.[48]

Yrkesorganisationer

[redigera | redigera wikitext]

Globala geovetenskapliga och geofysiska forskningsagendor samordnas inom ramen för International Union of Geodesy and Geophysics(en) (IUGG) och dess sju medlemsorganisationer.

Världens största geofysiska sällskap med fokus på den akademiska världen är American Geophysical Union(en) (AGU). De största paraplyorganisationerna för tillämpad geofysik är Society of Exploration Geophysicists(en) (SEG) och European Association of Geoscientists and Engineers(en) (EAGE).

Se även

[redigera | redigera wikitext]

Referenser

[redigera | redigera wikitext]
Den här artikeln är helt eller delvis baserad på material från engelskspråkiga Wikipedia, Geophysics, 18 mars 2026.

Noter

[redigera | redigera wikitext]
  1. ↑ Sheriff 1991.
  2. ↑ IUGG 2011.
  3. ↑ Gutenberg 1929.
  4. ↑ Runcorn 1967.
  5. ↑ ”Geophysics | Seismology, Plate Tectonics & Geodynamics | Britannica” (på engelska). www.britannica.com. 2026-02-19. https://www.britannica.com/science/geophysics.
  6. ↑ Ross 1995, s. 236–242.
  7. 1 2 3 4 Poirier 2000.
  8. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Telford, Geldart & Sheriff 1990.
  9. 1 2 Stacey 2008.
  10. 1 2 3 Lowrie & Fichtner 2020.
  11. 1 2 Blakely 1995.
  12. ↑ ”Seismic wave | Earth's Interior Structure & Movement | Britannica” (på engelska). www.britannica.com. 2024-01-12. https://www.britannica.com/science/seismic-wave.
  13. ↑ Shearer 2019.
  14. 1 2 Stein & Wysession 2003.
  15. ↑ Bozorgnia & Bertero 2004.
  16. 1 2 3 4 5 Merrill, McElhinny & McFadden 1998.
  17. 1 2 Harrison & Carslaw 2003.
  18. ↑ Simpson 2005.
  19. ↑ Alan D. Chave, Alan G. Jones 2012.
  20. ↑ Dwain K. Butler 2005.
  21. ↑ Misac N. Nabighian 1991.
  22. ↑ Hertrich 2007.
  23. 1 2 Kivelson & Russell 1995.
  24. ↑ Opdyke & Channell 1996.
  25. ↑ Turcotte & Schubert 2002.
  26. ↑ Sanders 2003.
  27. ↑ Renne, Ludwig & Karner 2000.
  28. ↑ ”Radiometrics”. Geoscience Australia. Commonwealth of Australia. 15 May 2014. http://www.ga.gov.au/scientific-topics/disciplines/geophysics/radiometrics.
  29. ↑ Dentith 2014.
  30. 1 2 Pedlosky 1987.
  31. ↑ Davies 2001.
  32. ↑ Fowler 2005.
  33. ↑ Pollack, Hurter & Johnson 1993.
  34. ↑ Hillis et al. 2020.
  35. ↑ Sirvatka 2003.
  36. ↑ Dziewonski 1981.
  37. ↑ Muller & Sjogren 1968.
  38. ↑ Torge 2001.
  39. 1 2 3 4 Reynolds 2011.
  40. ↑ Varga 2009.
  41. ↑ Temple 2013, s. 162–166.
  42. ↑ Russo 2004.
  43. ↑ Eratosthenes 2010.
  44. ↑ Temple 2013, s. 177–181.
  45. 1 2 Dewey & Byerly 1969.
  46. 1 2 ”Review of "De Magnete"”. pwg.gsfc.nasa.gov. https://pwg.gsfc.nasa.gov/earthmag/DMGRev2.htm.
  47. 1 2 Smith, George (2008), Zalta, Edward N., red., Newton's Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Winter 2008), Metaphysics Research Lab, Stanford University, https://plato.stanford.edu/archives/win2008/entries/newton-principia/, läst 18 februari 2024
  48. ↑ ”Regleringsbrev för budgetåret 2025 avseende Uppsala universitet”. www.statskontoret.se. https://www.statskontoret.se/statsliggaren/regleringsbrev/?RBID=24959.[död länk]

Källor

[redigera | redigera wikitext]

Externa länkar

[redigera | redigera wikitext]
Hämtad från ”https://sv.wikipedia.org/w/index.php?title=Geofysik&oldid=59579717”