地球物理学
地球物理学(英语:)是通过定量物理方法研究地球的自然科学学科。通常使用地震波、重力、电磁、地热和放射能等方法。狭义的地球物理学专指地质学上的应用,包括地球的形状; 重力场和磁场; 内部结构和组成; 动力学和板块构造; 岩浆的产生; 火山活动和岩石形成等[1]。不过现代地球物理学组织使用更广泛的定义,包括了冰和水在内的水循环; 海洋和大气的流体动力学; 电离层和磁层中的电磁特性与日地关系; 以及月球和其他行星相关的类似问题[1][2][3]。
虽然地球物理学在19世纪才被认为是一门独立的学科,但起源可以追溯到古代。最早人类开始以天然磁石制作成指南针。公元132年张衡创建了第一台检验地震的仪器。艾萨克·牛顿将他的力学理论应用于潮汐和岁差,并开发了仪器来测量地球的形状、密度和重力场,以及水循环的流程。 20世纪以来,发展出使用远距离探测固体地球和海洋的地球物理学方法,地球物理学对于板块构造理论的发展影响相当大。
地球物理学有许多对于社会需求的应用,如矿产资源、自然灾害预防和环境保护[2] 。地球物理勘测数据则用于分析潜藏的油气和矿脉; 地下水层定位;寻找考古遗迹;确定冰川和土壤的厚度;评估环境复育的场址等等。
发展历史

地球物理学在19世纪才出现,由自然地理学、地质学、天文学、气象学和物理学的角度出发[4][5]。然而自古以来,人类已经对地磁、地震等许多地球物理现象进行了探讨。
方法
大地测量
地球物理测量是在特定时间、地点,精确测量位置、大地形变以及重力,属于大地测量学领域。大地测量学与地球物理学是两个各自独立,但彼此关系密切的领域,许多科学组织,如美国地球物理联盟(AGU)、加拿大地球物理联盟(AGU)和国际大地测量学与地球物理学联合会(IUGG)都同时包含这两者[12] 。要获得地表绝对位置最普遍的方式是通过全球定位系统(GPS),由4个以上的人造卫星信息并参考1980年国际地球原子参数(GRS80)计算得到3维位置。另外也有大地天文学方法,结合天文坐标和局部重力矢量来获得大地坐标。此方法只提供两个坐标位置,比GPS的使用更为困难。但它可以用于测量地球的运动,如章动和钱德勒摆动。两点或多点的相对位置可以使用甚长基线干涉测量决定[12][13][14]。
重力测量因为需要相关的地表测量做为参考座标,也属于大地测量的一部份。对于陆地的重力测量可以使用地面或直升机上的重力仪。从1960年代开始,地球重力场可以通过分析人造卫星的运动来推算。海平面也可以通过使用卫星上的雷达高度计来测量,有助于创建更准确的大地水准面[12]。2002年,美国国家航空暨太空总署发射了重力回复及气候实验卫星(GRACE),以一对双卫星通过GPS和微波测距系统测量两颗卫星之间的距离,来获得精确度的地球重力场变化。 GRACE检测到的重力变化包括由洋流变化引起的重力变化; 径流和地下水耗尽; 融化的冰盖和冰川[15]。
地球物理学分支
地球物理学包括许多分支。固体地球物理学同样是使用多种传统物理学方法,但研究目的不同。主要是研究地球内部结构及其起源、演化并预测其发展。例如预报天然地震即是固体地球物理学的重要研究课题之一。勘测地球物理学是使用地震、重力、磁、电和电磁等的方法来寻找石油、天然气、矿石、水等等具有经济开发价值的物体[17]。
注解
- Sheriff 1991
- IUGG 2011
- AGU 2011
- Hardy & Goodman 2005
- Schröder, W. . Acta Geodaetica et Geophysica Hungarica. 2010, 45 (2): 253–261. doi:10.1556/AGeod.45.2010.2.9.
- Eratosthenes 2010
- Temple 2006,第177–181页
- Dewey & Byerly 1969
- Temple 2006,第162–166页
- Merrill, McElhinny & McFadden 1996
- Newton 1999 Section 3
- National Research Council (U.S.). Committee on Geodesy 1985
- Defense Mapping Agency 1984
- Torge 2001
- CSR 2011
- Muller & Sjogren 1968
- . 台湾的活动断层. 经济部中央地质调查所. [2017-09-10]. (原始内容存档于2017-09-10) (中文(台湾)).
参考文献
- American Geophysical Union. . About AGU. 2011 [September 2011]. (原始内容存档于2013-03-18).
- . 2011 [September 2011]. (原始内容存档于2017-07-02).
- Dewey, James; Byerly, Perry. . Bulletin of the Seismological Society of America. 1969, 59 (1): 183–227 [2017-07-15]. (原始内容存档于2011-11-23).
- . University of Texas at Austin Center for Space Research. 2011 [September 2011]. (原始内容存档于2009-12-01).
- Defense Mapping Agency. (技术报告). National Geospatial-Intelligence Agency. 1984 [1959] [September 2011]. TR 80-003. (原始内容存档于2017-03-11).
- Eratosthenes. . Fragments collected and translated, with commentary and additional material by Duane W. Roller. Princeton University Press. 2010. ISBN 978-0-691-14267-8.
- Hardy, Shaun J.; Goodman, Roy E. . American Geophysical Union. 2005 [September 2011]. (原始内容存档于2013-04-27).
- Merrill, Ronald T.; McElhinny, Michael W.; McFadden, Phillip L. . International Geophysics Series 63. Academic Press. 1998. ISBN 978-0124912458.
- Muller, Paul; Sjogren, William. . Science. 1968, 161 (3842): 680–684. Bibcode:1968Sci...161..680M. PMID 17801458. doi:10.1126/science.161.3842.680.
- National Research Council (U.S.). Committee on Geodesy. (pdf) (报告). National Academies. 1985 [2017-07-15]. (原始内容存档 (PDF)于2017-04-29).
- Newton, Isaac. . A new translation by I Bernard Cohen and Anne Whitman, preceded by "A Guide to Newton's Principia" by I Bernard Cohen. University of California Press. 1999. ISBN 978-0-520-08816-0.
- Sheriff, Robert E. . 3rd. Society of Exploration. 1991. ISBN 978-1-56080-018-7.
- Temple, Robert. . Andre Deutsch. 2006. ISBN 0-671-62028-2.
- Torge, W. 3rd. Walter de Gruyter. 2001. ISBN 0-89925-680-5.