試述地球物理學(xué)的發(fā)展

陳鵬宇

摘 要：從對(duì)地球物理性質(zhì)的認(rèn)識(shí)以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本需求來看，地球物理學(xué)都占有極其重要的位置。在前期工作的基礎(chǔ)上，本文總結(jié)了固體地球物理學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)，比如地球物理學(xué)科發(fā)展、重大科學(xué)及觀測(cè)手段等的趨勢(shì)。在廣泛應(yīng)用地球物理學(xué)的基礎(chǔ)上，分析地球物理研究在科學(xué)中心中的地位及作用，初步探討固體地球科學(xué)中心的模式，應(yīng)用于為國(guó)民經(jīng)濟(jì)服務(wù)和為國(guó)家決策提供咨詢。

關(guān)鍵詞：地球物理學(xué)；固體地球物理學(xué)；發(fā)展趨勢(shì)；發(fā)展動(dòng)力

一、引言

眾所周知，地球科學(xué)的發(fā)展受到國(guó)民經(jīng)濟(jì)力量和科學(xué)手段的制約，是一門影響全球性的科學(xué)。因此，要從全球長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展需要出發(fā)，強(qiáng)化應(yīng)用地球物理學(xué)以及科學(xué)技術(shù)的開發(fā)和推廣，解決經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展以及關(guān)鍵技術(shù)問題，發(fā)展生產(chǎn)力。

二、地球物理學(xué)的定義

廣義地講，地球物理學(xué)是一門應(yīng)用物理學(xué)，研究地球內(nèi)部及地球與鄰近星體之間的物理場(chǎng)。地球物理學(xué)科組將它劃分為四部分：（1）測(cè)量地球物理—地球表面的形狀（2）固體地球物理—地球本體的物理現(xiàn)象（3）空間地球物理—高空以至星際空間的物理場(chǎng)（4）勘探地球物理—用地球物理方法解決比如資源調(diào)查的問題。

狹義地講，地球物理學(xué)是指固體地球物理學(xué)，它從本體為起點(diǎn)，進(jìn)一步擴(kuò)散研究。可定義為普通地球物理和勘探地球物理。

三、地球物理學(xué)學(xué)科前沿

地球物理學(xué)是認(rèn)識(shí)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要手段，必須從全球概念出發(fā)，作為一個(gè)整體研究，把地球的邊界條件、地球內(nèi)部介質(zhì)性質(zhì)及地球內(nèi)部各層耦合及相互作用有機(jī)結(jié)合起來，達(dá)到對(duì)地球認(rèn)識(shí)的定量化目的。地球物理學(xué)的進(jìn)展表現(xiàn)在空間大地測(cè)量、地球內(nèi)部三維成像和地球內(nèi)部各層之間的耦合三大方面。每方面運(yùn)用地球物理學(xué)可以采用新方法是，一是借助新的觀測(cè)儀器，從空中觀測(cè)地表、斷層及板塊的相對(duì)運(yùn)動(dòng)及絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，提供更為準(zhǔn)確的約束條件；二是對(duì)地球巖石圈層結(jié)構(gòu)展開廣泛研究，運(yùn)用快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)，為地球內(nèi)部三維成像提供強(qiáng)有力的支持；三是隨著科學(xué)技術(shù)和理論的發(fā)展，與我們密切相關(guān)的巖石圈與地幔間、地幔與地核間相互耦合作用進(jìn)行研究，已經(jīng)成為認(rèn)識(shí)地球結(jié)構(gòu)和性質(zhì)必不可少的條件。

四、地球物理學(xué)發(fā)展及其必然性

作為21世紀(jì)固體地球科學(xué)的先導(dǎo)學(xué)科的地球物理問題的探討從很早以前就開始了?，F(xiàn)代地球物理學(xué)可以說成是從研究地球物理問題開始的。60年代的上地幔計(jì)劃、70年代的地球動(dòng)力學(xué)計(jì)劃和80年代的大陸巖石圈計(jì)劃，進(jìn)一步描述了地球物理學(xué)的發(fā)展進(jìn)程，地球物理學(xué)在60年代的板塊構(gòu)造理論的建立過程中占據(jù)先導(dǎo)作用。這些計(jì)劃把研究的重點(diǎn)從地表轉(zhuǎn)入地球內(nèi)部，地球物理方法是唯一能為研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，提供直接信息的方法。

地球物理學(xué)通過觀測(cè)和研究地震波、重力、磁、電、熱等的物理場(chǎng)來認(rèn)識(shí)地球，是吸納高新技術(shù)能力最強(qiáng)的一個(gè)分支學(xué)科。這一高新技術(shù)最強(qiáng)學(xué)科的特點(diǎn)，暗示著地球物理學(xué)科旺盛的生命力。近20年的發(fā)展趨勢(shì)看來，高新技術(shù)如觀測(cè)、信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的融合，促進(jìn)地球物理學(xué)的快速發(fā)展。自1975年美國(guó)和德國(guó)開始設(shè)置數(shù)字化地震臺(tái)網(wǎng)以來，迄今已有440個(gè)數(shù)字地震臺(tái)遍布全球。又如空間大地測(cè)量技術(shù)和地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)、高精度全球重力測(cè)量等。全球性數(shù)字化地球物理觀測(cè)系統(tǒng)的出現(xiàn)與迅速發(fā)展，使地球物理學(xué)研究從定性走向定量，跨上一個(gè)新的高度，全球性高精度地震觀測(cè)信息推動(dòng)地球科學(xué)研究的典型例證也正是如此。建立地球動(dòng)力數(shù)值模型來研究地球磁場(chǎng)的時(shí)空變化，已經(jīng)成為國(guó)際地球科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一，而超級(jí)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展使得這項(xiàng)研究成為可能。地球物理所開展的復(fù)雜地質(zhì)體地震波和重、磁、電場(chǎng)的研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)單元的精細(xì)刻劃，把地球物理場(chǎng)的圖象轉(zhuǎn)化為表征地質(zhì)的圖象，推進(jìn)了地球物理學(xué)科更高層次綜合的研究。這些科學(xué)發(fā)展的事實(shí)，讓我們直觀的認(rèn)識(shí)到地球物理學(xué)是21世紀(jì)固體地球科學(xué)的先導(dǎo)學(xué)科，必須為地球物理學(xué)發(fā)展注入其他新學(xué)科的活力，共同發(fā)展與進(jìn)步。

五、固體地球物理學(xué)發(fā)展動(dòng)力的探討

物理學(xué)中研究動(dòng)力系統(tǒng)的規(guī)律是慢變量決定快變量：研究地球的目的，一是地球客觀存在于宇宙世界中，沒有種種物理現(xiàn)象和規(guī)律存在，地球物理學(xué)也就不存在，并且所有的存在不以人類的意志轉(zhuǎn)移；二是因?yàn)榈厍蛐枰祟惾パ芯浚駝t地球物理學(xué)也就不會(huì)得到建立以及快速的發(fā)展。歸根到底研究和發(fā)展地球物理學(xué)，是因?yàn)榈厍蛭锢韺W(xué)所研究的內(nèi)容是客觀存在的，而這些存在直接或者間接的影響著我們的生活。

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