فيزياء الأرض
علم فيزياء الأرض أو الجيوفيزياء Geophysics هو أحد فروع علوم الارض ويهتم بدراسة باطن الارض عن طريق دراسة التباين بين الخصائص الفيزيائية فيها مثل اختلاف درجات قوة وشدة الخصائص المغناطيسية والمقاومية والجاذبية وغيرها من الخصائص الفيزيائية الأرضية، وعن طريق هذا العلم تم استكشاف محتويات الارض الداخليه مثل النواة والقشرة ، كما يساعد هذا العلم على استكشاف المياه الجوفيه و متابعه حركه النفط وهجرته ومصادر الغاز الطبيعي .
الجيوفيزياء أو علم طبيعة الأرض هو علم يعتمد على طرق معينه لاسكتشاف باطن الارض (الخصائص الفيزيائية للارض) والتعرف على الطبقات تحت السطحية من خلال عدة طرق مثل الطرق الزالزاليه و المغناطيسية و الكهربائية ويعتبر علم استكشافي لما تحت الارض ويفيد في استكشاف البترول واستكشاف المياه .. بالاضافة إلى رصد الزلازل باستخدام اجهزة قياس فيزيائية.
فمثلا في استكشاف النفط نستخدم الطرق السيزمية(الزلزالية) من خلال ارسال موجات (تفجير )الي باطن الارض واستقبالها علي السطح بواسطة مجسات تحدد زمن وصول الموجة المستقبلة ومن ذلك توخذ هذة البيانات وتحلل لتعطينا رسم مقطعي لطبقات الارض التحت سطحية ومن خلال سرعة الموجات الاولية في الطبقات نستطيع تحديد اماكن البترول والغاز الطبيعي.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
تعريف
هو العلم الذي يدرس الظواهر الأرضية، من حيث نشأتها وتغيراتها الزمانية والمكانية وعلاقاتها بالظواهر الكونية، وخاصة ظواهر الشمس والقمر.
من الظواهر الجيوفيزيائية الأرضية ما يدمر، مثل الهزات الأرضية والانفجارات البركانية والأمواج البحرية الهائلة (التي تُعزى إلى حدوث الزلازل) والتي يصطلح على تسميتها في اليابان (تسونامي) tsunami والأعاصير، ومنها ما هو جميل كالشفق القطبي aurora والانعكاسات المتعددة الأشكال للأشعة الشمسية على بلورات الجليد، أو قطرات المياه في الجو، وكالسراب وغيرها.
تؤثر هذه الظواهر في الحياة، وبأشكال عدة، مما جعلها، منذ القدم موضع بحث واهتمام كبيرين. إذ قدَّم أرسطو، قبل ما يزيد على 2200 سنة، أول عرض لهذه الظواهر في كتابه «علم الظاهرات الجوية أو الأنواء أو الطقس» meteorology. كما التفت، منذ أوائل القرن التاسع عشر، الفيزيائيون والرياضيون مثل غوص Gauss وويبر Weber وعلماء الجيوديسيا (فرع من الرياضيات التطبيقية) وهو أساس المساحة المستوية والمساحة العقارية والجغرافية والجيولوجية، إلى الأبحاث الجيوفيزيائية الأرضية، حيث أحدث أول قسم خاص بالجيوفيزياء في جامعة غوتينغن Goetingen في ألمانية قبل أكثر من مئة سنة.
استخدامات علم الجيوفيزياء
- - استكشاف النفط والغاز والمعادن والماء.اههميتهافي مجالات البيئة
- - في الرصد الزلزالي وتحديد مواقع الهزات.
- - في الاعمال الهندسية لمعرفة منسوب المياة وكذلك معرفة عمق طبقة صخور الاساس لانشاء المباني وبديل عن عن عمليات الحفر الهندسية لمعرفة نوعية الطبقات ومكوناتهاوكذلك التكهفات في الطبقات.
- - مراقبة ابار النفط و الغاز.
- - لمعرفة اي تمديدات تحت سطحية مجاري مياة او صرف صحي .
- - في علوم الفضاء. كما تستخدم لتحديد نوعية المياه الجوفية بناء على استدلالات معينة، ولكل نوع من الاعمال المسحية يستخدم طريقة جيوفيزيائية معينة تناسبه. مثلا: أفضل طريقة لاستكشاف المياه الجوفية هي الطريقة الكهربية بكل انواعها، وهي طريقة تعتمد على توصيل الطبقات للتيار الكهربي او مقاومته، فكلما كانت الطبقات جافة او متوسطة او شديدة الجافة تزداد مقاومتها تبعا لذلك أما اذا كانت مبللة بالمياه فان مقاومتها تقل تبعا لذلك اعتمادا علي درجة الملوحة ي الماء (الايونات السالبة والموجبة المذابة) فكلما كانت الموصلية عالية فهذا دليل على قلة المقاومة وهذا بالتالي يعني نوعية مياه عالية الملوحة لأن العلاقة بين الايونات المذابة والموصلية علاقة طردية.
أما انسب الطرق لاستكشاف النفط فهي الطريقة الزلزالية لأن لها عمق اختراق بعيد جدا ولها نتائج دقيقة كما انها اسرع في المسح، أما بالنسبة للمعادن فتستخدم المسوحات المغنيسية والكثافة او الثقالة او الطرق الشعاعية. وهناك جانبان لاعمال المسح الجيوفيزيائي؛ الجانب الحقلي: وهو عملية جمع البيانات من الحقل ، والجانب الاخر هو الجانب المكتبي: وهو مختص بعملية استخلاص النتائج والاستقراء وكتحابة التقرير النهائي.
أبحاث
وهكذا أولت الجامعات ومراكز البحوث العلمية اهتماماً متزايداً بالظواهر الجيوفيزيائية المختلفة عبر الرصد المستمر لجميع حقول الأرض الفيزيائية والميكانية، وبشكل يغطي كامل سطح الأرض، اليابسة والمحيطات، وغلافها الجوي، بهدف التعرُّف على بنية الأرض وتركيبها، والإفادة المثلى من ثرواتها، والحفاظ على الحياة فوقها. وتعتمد الجيوفيزياء في ذلك على العلوم الفيزيائية والرياضية، وعلى الإلكترونيات والحوسبة ومعاملة المعطيات إحصائيا، وعلى الجيولوجية والجيوكيمياء والجغرافية وعلم الفلك (يبين المخطط المرفق علاقة الجيوفيزياء بهذه العلوم). وبهذا كانت الجيوفيزياء ولا تزال، تقدم خدمات عملية هامة، بل حياتية، لبني البشر، أهمها:
مكان المخطط
- درء أو تخفيف المخاطر الطبيعية: كالطوفانات البحرية والأعاصير، والزلازل والبراكين، ويتخصص في ذلك علم الجيوفيزياء العامة أو الكونية.
- استكشاف الموارد والثروات الأرضية الباطنية: كالنفط والغاز والمياه الجوفية والمعادن والأحجار الثمينة ومواد البناء ومصادر الحرارة الجوفية، والآثار الإنسانية المطمورة وهي من اختصاص علم الجيوفيزياء التنقيبية.
- تقديم البيانات اللازمة لتحقيق السلامة في النسيج العمراني للمدن والحواضر السكنية وشبكات الطرق والسكك الحديدية وشبكات نقل الطاقة الكهربائية وأنابيب نقل النفط والغاز والمياه وتقوم بذلك الجيوفيزياء الهندسية.
- تقديم البيانات والمسوحات اللازمة للحفاظ على سلامة البيئة، مـن حـيث ترشيد استخدامات التربة والمياه وحسن التعامل مع النفايات الصناعية والبشرية وتقوم بذلك الجيوفيزياء البيئية.
الجيوفيزياء التطبيقية أو التنقيبية
تهتم الجيوفيزياء التطبيقية باستعمال التقانات الجيوفيزيائية المختلفة بغرض البحث عن التراكيب أو البنى الجيولوجية وعن الثروات الباطنية (نفط وغاز ـ فلزات ـ مياه جوفية) المرتبطة بها. ترصد الجيوفيزياء التطبيقية الشذوذات anomalies المحلية الناجمة عن عدم تجانس البنية الأرضية، المرتبط عادةً بوجود مكمن معدني أو مائي، أو المشير إلى بنية جيولوجية معينة، قد تحتوي على النفط أو الغاز. ويـمكن أن تتم الـمسوح الجيـوفيزيائـية اللازمـة للاستكشاف من الجو، فتسمى بالجيوفيزياء الجوية aero geophysics أو من على سطح الأرض فتسمى بالجيوفيزياء السطحية surface geophysics، أو في المناجم والآبار وتسمى بالجيوفيزياء تحت السطحية subsurface geophysics أو الجيوفيزياء البئرية geophysical well logging. وقد تبلورت مع الزمن الطرائق الجيوفيزيائية الآتية والتي تَستَخدمها، مفردة أو مشتركة بحسب المسألة المطروحة، شركات المسح الجيوفيزيائي المتخصصة:
- الجاذبية الأرضية gravimetry
- المغنطيسية الأرضية geomagnetics
- الكهربائية الأرضية geoelectrics
- الزلزالية seismics
- الحرارة الأرضية geothermics
- كثافة الطاقة الإشعاعية radiometrics
فروع الجيوفيزياء
تنقسم الجيوفزياء إلى فرعين رئيسيين الجيوفزياء الداخلية والجيوفزياء الخارجية
الجيوفزياء الداخلية
تدرس سطح و باطن الارض واختصاصاتها هي.
- علم جيولوجيا النفط, استكشاف النفط والغاز والمعادن.
- علم الزلازل, في الرصد الزلزالي وتحديد مواقع الهزات.
- في الاعمال الهندسية لمعرفة منسوب المياة وكذلك معرفة عمق طبقة صخور الاساس لانشاء المباني وبديل عن
- جيولوجيا المياه
- جيولوجيا البحار
- علم المعادن
الجيوفزياء الخارجية
الجيوفزياء الخارجية تهتم بدراسة:
- علم المناخ.
الطرق الجيوفيزيائية
- التثاقلية
- الكهربية
- الزلزالية
- المغناطيسية
الطريقة التثاقلية Gravity method
تعتمد علي استنتاج التباين في المواد الموجوده في باطن الارض بناء علي الاختلاف في الكثافة للمادة فكلما كانت المادة ذات كثافة اعلى كلما كانت قرائه قيمة التثاقلية أكبر.
الطريقة الكهربية Electric method
تعتمد هذه الطريقه علي اكتشاف التباين في ما هو موجود تحت سطح الارض subsurface اعتمادا علي الاختلاف مقاومة كل ماده "اوميجا" او بالادق تعتمد علي المقاومة النوعية " وهي المقاومة التي يلقاها تيار كهربي شدته واحد أمپير عند مروره في سلك من المادة طوله واحد متر ومساحه مقطعه الوحدة"
عند مرور تيار كهربي في الماء فعند قراءة المقاومة نجدها منخفضة, اما في حالة ان يكون ما هو تحت الارض فحم مثلا او هيدروكربون فانها يقاوم التيار الكهربي ونسجل قراءة مرتفعة هذا التباين وما يعكسه من دلائل يعطينا فكره اولية عن ما تحت الارض.
ومن أشهر الطرق المستخدمة طريقة شلومبرگر وطريقة ڤينر وهي طرق مستخدمة في البحث والاستكشاف.
مجالات الجيوفيزياء
يشمل نشاط الجيوفيزياء مجالين مهمين، هما: غلف الكرة الأرضية الثلاثة، الغلاف الغازي والمائي والصخري، والظواهر الفيزيائية الفلكية المرتبطة بالمجموعة الشمسية والكون (انظر المخطط المرفق - النصف العلوي). ويعتمد تحقيق ذلك على تعاون علمي دولي واسع نظراً لشمولية هذه الظواهر.
ففيما يتعلق بالغلاف الغازي، تبحث الجيوفيزياء في طبقات الجو المختلفة، وتدرس أسباب تشكّلها وفوائدها والمخاطر الناتجة من الإخلال بتوازنها، مثلاً: طبقة الأوزون والغلاف المتأين (الإيونوسفير) أو الغلاف المتطبِّق (الستراتوسفير) المؤثرة في علم الظواهر الحيوية.
وتبحث الجيوفيزياء من الغلاف المائي ما له علاقة بعلم المحيطات oceanography وعلم المياه العذبة limnology والجليديات glaciology، كما تعالج الغلاف الصخري lithosphere وكل ما له علاقة بالصخور وتركيبـها العام بعـد تـبرُّدها وتحوُّلها إلى طبقات متحدة المركز، بفعل الحملان الحراري (الغليان) والتمايز الكثافي، مكونة القشرة الخارجية والمعطف أو وشاح الأرض earth mantle والنواة الخارجية والداخلية outer & inner core للأرض.
وتتوجه الجيوفيزياء العامة نحو دراسة نشأة الكرة الأرضية وعلاقتها بالقمر وبالمجموعة الشمسية، وترصد حقول الأرض الطبيعية، مثل:
- الجاذبية وتغيّراتها الزمانية الناتجة من جذب الشمس والقمر والكواكب الأخرى، والشذوذات المكانية الرئيسة فيها، التي تكشف الانزياحات والانقطاعات البنيوية الكبيرة (تكتونية الصفائح plate tectonics).
- الحقل المغنطيسي الأرضي: من حيث النشأة والظواهر المرتبطة به والتغيرات اليومية والسنوية وعلاقاتها بالبقع الشمسية (تغيرات شمسية) والمد والجزر (تغيرات قمرية).
- النشاط الزلزالي للأرض وطريقة بناء الكرة الأرضية، ومناطق انتشار البراكين والخطوط البنيوية العامة للأرض، وإمكانية التنبؤ بحدوث الزلازل وانفجار البراكين.
- الميزانية الحرارية للكرة الأرضية: وتشمل تغيرات الحقل الحراري الأرضي وتأثرها بتركيب الأرض العام، إضافة إلى دراسة التيارات الكهربائية الأرضية telluric currents وعلاقتها بكهربية طبقات الجو الدنيا atmospheric electricity.
- أما في إطار دراستها للظواهر الفيزيائية الفلكية المرتبطة بالمجموعة الشمسية والكون، فتهتم الجيوفيزياء بـ:
- فيزياء الشمس: وهي تعالج تفاعلات (البقع الشمسية، والإشعاعات متعددة الطيوف، والمقذوفات المتفرقة) وآثارها على كوكب الأرض وغلافه الجوي بخاصة وعلى حقوله الفيزيائية بوجه عام.
- فيزياء القمر وحركته، وأثر ذلك في حقلي الأرض الجاذبي والمغنطيسي (مد وجزر) واستقرار مدار الأرض حول الشمس، والحفاظ على البيئة الملائمة للحياة على وجه الأرض.
- ظاهرتي الخسوف والكسوف وغيرها من الظواهر المرتبطة بارتصاف الكواكب في أثناء حركتها في مداراتها حول الشمس.
- اقتراب المذنبات والكويكبات من كوكب الأرض وسقوط النيازك والشهب عليه.
- النجوم والمِجَرّات المحيطة بالمجموعة الشمسية.
وتعتمد في كل ذلك على الفيزياء الفلكية astro-physics وعلى معطيات المراصد الفلكية والجيوفيزيائية، الوطنية والدولية.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
التعاون الدولي في البحوث الجيوفيزيائية
تحتاج الدراسة الحقلية للظواهر الجيوفيزيائية المذكورة إلى نقاط مراقبة ورصد تنتشر على كامل سطح الكرة الأرضية، في الجو وعلى اليابسة وعلى سطح البحر، مما يستلزم تعاوناً دولياً فعالاً، يتمثل حالياً بالاتحاد الدولي للجيوديزياء والجيوفيزياء International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG) ولجـانه الوطنية National Committees (NC).
يتفرع الاتحاد الدولي للجيوفيزياء إلى سبع مجموعات فرعية : للمساحة (الجيوديزياء) والزلازل والأنواء ومغنطيسية الأرض وعلوم البحار والبركنة والهدرولوجيا. كما تتبع له عدة خدمات دائمة، هي:
- مكتب التوقيت الدولي International Time Bureau في باريس.
- مكتب مراقبة النشاط الشمسي.
- مكتب مراقبة الأوزون بالأدلة المغنطيسية.
- الكتاب السنوي للزلازل ومراكز تنسيق التعاون العلمي بين شبكات الرصد الزلزالي الوطنية.
في حين تتبع البحوث الجيوفيزيائية، التي تستخدم الأمواج الراديوية في دراسة طبقات الجو العليا، لاتحاد العلوم الراديوية URST.
