Geofizika
Geofizika je prirodna znanost koja prou?ava fizikalna svojstva Zemlje i procese na njoj.
Znanstveno podru?je	Prirodne znanosti
Klasifikacija znanosti u Hrvatskoj

Geofizika je prirodna znanost koja prou?ava fizikalna svojstva Zemlje i procese na njoj, a katkad i na drugim planetima . Obuhva?a niz disciplina, koje se mogu svrstati prema tome bave li se ?vrstom Zemljom, vodama ili zrakom koji ju okru?uje. Prva skupina geofizi?kih disciplina usmjerena je na istra?ivanje polja sile te?e i oblika Zemlje ( gravimetrija ), magnetskoga polja Zemlje ( magnetizam Zemlje), potresa i strukture Zemljine unutra?njosti ( seizmologija ) te vulkanskih erupcija ( vulkanologija ). Predmet su prou?avanja druge skupine geofizi?kih disciplina teku?e vode na tlu i podzemne vode ( hidrologija ), jezera ( limnologija ), mora i oceani ( oceanografija ) te ledenjaci i ledene kape ( glaciologija ). Tre?a se skupina geofizi?kih disciplina bavi kratkoro?nim vremenskim promjenama u ni?im slojevima atmosfere ( meteorologija ), dugoro?nim karakteristikama vremenskih prilika u blizini Zemljine povr?ine ( klimatologija ) te procesima u vi?im slojevima atmosfere ( aeronomija ).

Pojedine geofizi?ke discipline bliske su nekim drugim znanostima . Tako je na primjer gravimetrija srodna geodeziji , seizmologija ima niz dodirnih to?aka s geologijom , fizi?ka je oceanografija povezana s kemijskom i biolo?kom oceanografijom, a klimatologija je ?esto predmet interesa zemljopisa . Tradicionalno se smatra da je geofizika jedna grana primijenjene fizike, to jest da fizi?ari otkrivaju op?e zakonitosti, koje potom geofizi?ari primjenjuju u istra?ivanju Zemlje. Takav je odnos doveden u pitanje po?etkom 1960-ih kada je meteorolog Edward Norton Lorenz utemeljio teoriju deterministi?koga kaosa , koja je desetak godina poslije postala predmetom interesa fizi?ara. ^[2]

Obja?njenje [ uredi | uredi kod ]

Geofizika je skup metoda mjerenja fizikalnih ?imbenika ili parametara radi određivanja globalnih svojstava planeta Zemlje (mjerenja promjena Zemljinog magnetskog i elektromagnetskog polja , registracija i analiza potresnih valova , mjerenje gravitacijskog polja Zemlje radi određivanja Zemljinog geoida , mjerenja telurskih struja i sli?no).
Za razliku od op?e ili znanstvene geofizike predmet primijenjene geofizike je istra?ivanje geolo?ko-strukturnog sastava podzemlja. Njezine metode se, kao i metode op?e geofizike, svode na mjerenja fizikalnih parametara, uklju?uju?i i mjerenja promjena umjetno izazvanih fizikalnih pojava pod utjecajem geolo?ke građe podzemlja, te se, sukladno tome, razlikuju pasivne i aktivne geofizi?ke metode. U prve spadaju gravimetrija i magnetometrija , ?iji je predmet istra?ivanje lokalnih promjena sile te?e , odnosno prirodnog magnetskog polja , uzrokovanih strukturno-litolo?kim promjenama unutar podzemlja. Za razliku od njih, aktivne metode, seizmi?ke i geoelektri?ne, prou?avaju promjene umjetno izazvanih fizikalnih pojava pod utjecajem geolo?ke građe podzemlja. U oba slu?aja odstupanja od takozvanih normalnih vrijednosti, ili anomalije, uzrokuju lokalne promjene u geolo?koj građi, koje mogu upu?ivati na postojanje le?i?ta mineralnih sirovina .

Sve do dvadesetih godina pro?log stolje?a naftne tvrtke nisu smatrale nu?nom primjenu geolo?kih znanosti u traganju za ugljikovodicima sve dok se geofizi?ke metode nisu pokazale uspje?nim u otkri?u novih le?i?ta nafte . Istra?iva?i su se pritom slu?ili vrlo primitivnom opremom za otkri?e anomalnih promjena sile te?e, magnetskog polja, elektri?nog otpora i vremena putovanja zvu?nih valova u lociranju poglavito strukturnih zamki. Torzijska vaga , koju je konstruirao Lorand Agoston Eotvos u Mađarskoj , u to je doba bila jedan od najranije upotrebljavanih mjernih instrumenata u istra?ivanju solnih doma du? obale Meksi?kog zaljeva . Prvo takvo le?i?te otkriveno je 1924. Osim torzione vage, bilo je od 1930. godine u uporabi i njihalo , ?ije su se oscilacije mijenjale pod utjecajem promjena sile te?e, odnosno gusto?e stijena. Kasnije je oba spomenuta instrumenta kompletno zamijenio gravimetar , koji mjeri promjene sile te?e s pomo?u mase ovje?ene na elasti?no pero. Prvi je gravimetar konstruiran ve? 1899. , da bi se po?eo rabiti tek tridesetih godina pro?log stolje?a. Danas se taj instrument uspje?no rabi za mjerenja na moru i iz zrakoplova . Dvadesetih godina pro?log stolje?a po?ela su se obavljati i magnetometrijska mjerenja primjenom magnetskih vaga i snimanja iz zraka radi određivanja magneti?nih magmatskih i metamorfnih stijena , te time i eliminiranja neperspektivnih podru?ja za dalja istra?ivanja ugljikovodika .

Primijenjene se geofizi?ke metode s uspjehom primjenjuju u istra?ivanju le?i?ta nafte i plina , kako u određivanju strukturne građe, tako i u određivanju litolo?kog sastava podzemlja. Magnetometrijske i gravimetrijske metode omogu?uju lociranje regionalnih strukturnih tijela i talo?nih bazena te određivanje dubine temeljnog gorja na osnovi mjerenja promjena Zemljinog magnetskog ili gravitacijskog polja. Primjena geoelektri?nih metoda omogu?uje izradu krivulja promjene elektri?nog otpora po dubini te, na temelju njihova izgleda, određivanje dubine zalijeganja i debljine slojeva razli?itog litolo?kog sastava. Radi pronala?enja solnih doma, odnosno le?i?ta ugljikovodika unutar strukturnih zamki, usko vezanih s njihovim stvaranjem, tijekom rane faze primjene seizmi?kih metoda upotrebljavane su refrakcijske metode, koje se i danas rabe u kartiranju slojeva velike brzine, kao i u određivanju regionalnih gradijenata brzine ?irenja seizmi?kih valova. Refrakcijska metoda, ili takozvana metoda plitke refrakcije, ima posebnu primjenjuju u istra?ivanju povr?inskog sloja male brzine.

Metode primijenjene seizmike svode se na emitiranje kratkotrajnog impulsa sile u podzemlje i analizu promjena izvornog vala pod utjecajem razlika u elasti?nim svojstvima pojedinih slojeva na njegovom putu kroz podzemlje. Proteklo vrijeme od iniciranja do registracije potresnog vala omogu?uje određivanje dubina do pojedinih slojnih granica i obja?njenje strukturnih odnosa. Zahvaljuju?i ?injenici da odziv podzemlja na ?irenje potresnih valova ovisi o gusto?i i elasti?nim svojstvima stijena , na temelju promjena potresnih valova nakon prolaska podzemljem mogu?e je zaklju?ivati o poroznosti , propusnosti, kompakciji i drugim fizikalnim svojstvima stijena, a pri povoljnim uvjetima i izravno odrediti pojave ugljikovodika. Prakti?na primjena seizmi?kih metoda u istra?ivanju ugljikovodika skuplja je od ostalih geofizi?kih metoda, ali omogu?uje izradu mnogo to?nijeg i detaljnijeg modela podzemne geolo?ko-strukturne građe. Dobra prodornost i krajnja dubina istra?ivanja preko 10 kilometara i razlikovanje podzemnih tijela najmanje veli?ine od nekoliko desetaka metara, uz veoma male tro?kove u usporedbi s izradom bu?otina , u?inila je seizmi?ke metode nezamjenljivim u procesu istra?ivanja le?i?ta nafte i plina.

Povijest [ uredi | uredi kod ]

Kako se mnoge pojave i procesi kojima se bave geofizi?ari mogu opa?ati, podatci o njima prikupljene su i obja?njavane od davnina. Tako su Aristotel i Strabon smatrali da su vulkanske erupcije i potresi povezani s vru?im podzemnim vjetrovima, koji povremeno izbijaju na povr?inu. Kineski matemati?ar, astronom i geograf Zhang Heng (78. ? 139.) izumio je prvi seizmoskop . Koncept hidrolo?koga ciklusa , prema kojem se voda isparava iz mora, kondenzira u atmosferi, pada na Zemlju u obliku oborine i naposljetku rijekama otje?e u more, spominje se u kineskom tekstu iz 3. stolje?a pr. Kr. Od davnina se o?itavao vodostaja Nila s vodokaza , a Eratosten iz Kirene je poplave Nila povezao s jakim oborinama opa?enima uzvodno. Posejdonije iz Apameje je plimu i oseku ( morske mijene ) povezao s Mjese?evim mijenama .

Po?ev?i s razdobljem renesanse , znanstvena istra?ivanja koja se danas uvr?tavaju u geofiziku dobila su nov zamah. ?irio se obi?aj grafi?koga prikazivanja prikupljenih podataka: tako je, primjerice, Athanasius Kircher (1664.) objavio prvu kartu globalnih oceanskih struja na osnovi podataka prikupljenih tijekom istra?iva?kih putovanja. Novost u to doba bila je spoznaja o va?nosti ?to je mogu?e to?nijih mjerenja. Po?eli su se intenzivno koristiti neki otprije poznati instrumenti (na primjer kompas ), a razvio se i niz novih: termometar ( Galileo Galilei , po?etkom 17. stolje?a), anemometar ( Santorio Santorio , 1625.), barometar ( Evangelista Torricelli , 1643.), njihalo kao uređaj za mjerenje ubrzanja sile te?e ( Christiaan Huygens , 1673.), higrometar ( Johann Heinrich Lambert , 1774.), mareograf odnosno limnigraf , strujomjer, valomjer, seizmograf ( John Milne , 1892.). Podatci prikupljeni mjerenjima unosili su se u zemljopisne karte i prikazivali s pomo?u izolinija , krivulja koje spajaju to?ke s jednakom vrijedno??u mjerene veli?ine. ?ini se da je prva bila karta izogona , koju je 1701. na?inio Edmond Halley ; slijedila je karta izoterma , ?to ju je 1817. objavio Alexander von Humboldt , a zatim i mnoge druge.

Teorijsko istra?ivanje fizikalnih pojava i procesa na Zemlji razvija se nakon ?to je Isaac Newton (1687.) postavio temelje za prou?avanje polja sile te?e, oblika Zemlje i morskih mijena. Slijedili su ga Ruđer Bo?kovi? (1741.) prora?unavao je oblik Zemlje, Leonhard Euler (1755.) formulirao je jednad?be gibanja i kontinuiteta koje, uz neke nadopune, ?ine i danas osnovu za modeliranje Zemljine hidrosfere i atmosfere, Charles Augustin Coulomb (1785.) utro je put matemati?kom modeliranju elektri?nog i magnetskoga polja, pa i onoga Zemljina, Gabriel Lame (1852.) dao je pak izraze na koje se oslanja modeliranje gibanja u unutra?njosti Zemlje.

Najprije se smatralo da Zemlja ima oblik rotacijskog elipsoida, da bi se potom do?lo do preciznijeg opisa ? plohe koja obavija povr?inu mirnog mora i nastavlja se ispod kontinenata; takva je ploha nazvana geoid ( Johann Benedikt Listing , 1873.). Henry Gellibrand (1635.) utvrdio je da je magnetsko polje Zemlje podlo?no sporim promjenama, takozvanim sekularnim varijacijama, a Carl Friedrich Gauss je oko 200 godina nakon toga pokazao da to magnetsko polje ? pa zato i njegove promjene ? moraju biti unutarnjeg podrijetla. U drugoj polovici 18. stolje?a francuski hidrolog Pierre Perrault i Edme Mariotte proveli su hidrolo?ka istra?ivanja u bazenu rijeke Seine , kojima su pokazali da je godi?nji iznos mjesne oborine dovoljan da bi se objasnio godi?nji protok rijeke; time su opovrgnuli tvrdnje, ?este u ono doba, da rije?na voda potje?e iz podzemnih tokova. Istra?uju?i struje u Bosporu i reproduciraju?i ih laboratorijskim modelom Luigi Ferdinando Marsigli (1681.) je spoznao da te?a (gu??a) voda tone i podvla?i se pod lak?u (manje gustu) vodu, koja se uzdi?e. Dinami?ku teoriju morskih mijena, koja je i danas osnova za istra?ivanje te pojave formulirao je Pierre Simon de Laplace (1775.), Edmond Halley (1686.) opisao je sustav pasatnih vjetrova, a George Hadley (1735.) dao je njihovo obja?njenje. Njema?ki znanstvenik Heinrich Wilhelm Dove (1828.) pisao je o tropskim olujama kao putuju?im poreme?ajima s vjetrom koji kru?i u protusatnom smjeru na sjevernoj polutki, a u satnom smjeru na ju?noj polutki. Benjamin Franklin (1751.) dokazao je postojanje elektri?noga naboja u olujnim oblacima.

Sve do druge polovice 19. stolje?a istra?ivanja fizikalnih pojava i procesa na Zemlji bila su rijetka. Poticaj razvoju suvremene meteorologije dala je havarija francuskih i britanskih brodova ispred Krimskog poluotoka 1854. kada je prepoznato da se nesre?a mogla izbje?i pravodobnim obavje?tavanjem o pribli?avanju oluje. To je dovelo do uspostave nacionalne meteorolo?ke slu?be u Francuskoj 1856. te, do objavljivanja prvih suvremenih sinopti?kih karata 1863. Postavljanje telegrafskih kabela na oceansko dno potaknulo je niz oceanografskih istra?ivanja, koja su kulminirala plovidbom oko svijeta britanske korvete Challenger (1872. ? 1876.). To krstarenje, kao i potonje analize i objavljivanje prikupljenih podataka, obilje?avaju po?etak suvremenoga razvoja oceanografije . Pribli?no u to doba i seizmologija je izrasla u zasebnu disciplinu. John Milne osnovao je u Japanu (1880.) prvo seizmolo?ko dru?tvo na svijetu i potaknuo izgradnju mre?a seizmografskih postaja. Krajem 19. i po?etkom 20. stolje?a stvara se niz nacionalnih geofizi?kih institucija, a geofizi?ke discipline uvode se u sveu?ili?ne nastavne programe, utemeljuju se razli?ite međunarodne organizacije. Danas je krovna geofizi?ka organizacija International Union of Geodesy and Geophysics , osnovana 1919., kojoj je Hrvatska pristupila 1992. Zna?ajne su međunarodne organizacije, u koje se geofizi?ari u?lanjuju pojedina?no, i European Geophysical Society te American Geophysical Union . Najzna?ajniji međunarodni geofizi?ki ?asopis je Journal of Geophysical Research , kojega sekcije pokrivaju razli?ita podru?ja: prostor oko Zemlje, ?vrstu Zemlju, oceane, atmosferu te druge planete.

Razvoj elektronike omogu?io je da se mnogi mehani?ki instrumenti unaprijede te da prikupljeni podatci postanu dostupni istra?iva?ima ?im su izvr?ena mjerenja. Izumom radiosonde 1930-ih ostvaren je preduvjet za rutinska mjerenja u vi?im slojevima atmosfere, koja su potom nadopunjena mjerenjima sa zrakoplova, raketa i satelita ( daljinska istra?ivanja ). Po?ev?i s 1950-ima, satelitska su mjerenja promijenila eksperimentalna istra?ivanja i u drugim geofizi?kim disciplinama: omogu?ila su određivanje oblika geoida, određivanje pomaka tla koji prethode pojavi potresa, geomagnetska mjerenja na velikoj udaljenosti od Zemljine povr?ine, sinopti?ka mjerenja temperature jezera, mora i oceana kao i utvrđivanje dimenzija ledenih pokrova.

U 20. stolje?u se i teorijski rad u podru?ju geofizike promijenio. Razvoj ra?unala omogu?io je numeri?ko rje?avanje parcijalnih diferencijalnih jednad?bi koje opisuju pojedine dijelove Zemljina sustava. Posljedi?no, moglo se napustiti ograni?avaju?e pretpostavke, koje su bile nu?ne pri analiti?kom rje?avanju, i tako se pribli?iti realisti?nim simulacijama pojava i procesa na Zemlji.

Seizmolo?ki radovi pokazali su strukturu Zemljine unutra?njosti, posebno postojanje kore, pla?ta i jezgre. Andrija Mohorovi?i? je 1910. prona?ao plohu diskontinuiteta ?to odjeljuje koru od pla?ta. Seizmologija je, zajedno s vulkanologijom, geomagnetizmom i gravimetrijom, osigurala podatke koji su kori?teni pri oblikovanju teorije tektonike plo?a sredinom 1960-ih. Pribli?no u isto vrijeme zapo?elo se s predviđanjem vulkanskih erupcija na osnovi pra?enja seizmi?ke aktivnosti koja im prethodi. U okviru fizi?ke oceanografije veliku su pozornost privukle oceanske struje, pa je tako Henry Melson Stommel 1948. objasnio podrijetlo Golfske struje.

Geofizika u Hrvatskoj [ uredi | uredi kod ]

U Hrvatskoj se neke discipline (vulkanologija, glaciologija) nisu njegovale, a nekima (gravimetrija, hidrologija, limnologija) nisu se bavili geofizi?ari ve? znanstvenici srodnih struka, odnosno pojedinci zainteresirani za neki problem. Tako je na primjer u 16. i 17. stolje?u nekoliko hrvatskih autora ( Federik Grisogono ; Nikola Sagroevi? ; Frane Petri? ; Markantun de Dominis ) objavilo rasprave o problemu plime i oseke. Geofizi?ki zavod u Zagrebu osnovan je 1861. kao Meteorolo?ki opservatorij Kraljevske velike realke, postupno je pro?irio svoju djelatnost i osamostalio se 1897. pod nazivom Kraljevski zemaljski zavod za meteorologiju i geodinamiku. Godine 1921. preimenovan je u Geofizi?ki zavod, a 30 godina poslije priklju?en je Prirodoslovno-matemati?komu fakultetu Sveu?ili?ta u Zagrebu . U po?etku je bio posve?en znanstvenom i stru?nom radu, poslije se anga?irao i u organizaciji dodiplomskog, poslijediplomskog i doktorskog studija geofizike. Seizmolo?ka slu?ba u Zagrebu utemeljena je 1985., Institut za oceanografiju i ribarstvo u Splitu (1930.), Hrvatski hidrografski institut u Splitu nasljednik je institucije koja potje?e iz 1922., Zavod za istra?ivanje mora Instituta Ruđer Bo?kovi? u Rovinju i Zagrebu nadovezuje se na instituciju uspostavljenu 1891. te Dr?avni hidrometeorolo?ki zavod u Zagrebu (1947). Znanstveni rezultati polu?eni tijekom 140 godina sustavnih geofizi?kih istra?ivanja u Hrvatskoj objavljivani su u međunarodnim i doma?im ?asopisima (danas su to: Geofizika , Geodetski list , Geolo?ki vjesnik , Acta Adriatica , Pomorski zbornik , Hrvatski meteorolo?ki ?asopis , Geografski glasnik ).

Geomagnetska su mjerenja organizirana u Hrvatskoj u nekoliko navrata. Adam Kugler je 1915. i 1916. obavio geomagnetska premjeravanje na 80 mjesta (između pravaca Koprivnica?Zagreb i Vukovar??upanja). Podatke tog i drugih mjerenja Josip Mokrovi? reducirao je na geomagnetsku epohu 1927.5 i prikazao grafi?ki. Godine 1949. zagreba?ki su geofizi?ari (Josip Goldberg; Josip Baturi?; Josip Mokrovi?; Marijan Kasumovi?) mjerili magnetsku deklinaciju na 62 to?ke du? isto?ne jadranske obale.

Na razvoj seizmologije u nas utjecali su jaki potresi . Tako je potres u Zagrebu 1880. potaknuo organiziranje Odbora za opa?anje potresnih pojava pri JAZU (danas HAZU ). Kada je brigu o istra?ivanju potresa preuzeo prethodnik dana?njega Geofizi?kog zavoda u Zagrebu, odnosno njegov ravnatelj Andrija Mohorovi?i? , po?elo se s mikroseizmi?kim istra?ivanjima. Godine 1906. osnovana je seizmografska postaja u Zagrebu. Mohorovi?i? je postavio temelje zagreba?koj seizmolo?koj ?koli u okviru koje se nastavilo s istra?ivanjem Zemljine unutra?njosti ( Stjepan Mohorovi?i? ), izvedene su lokalne zagreba?ke hodokrone (J. Mokrovi?) i razvijen je grafi?ki postupak za lociranje dalekih potresa (Andro Gili?). Novijim istra?ivanjima obuhva?ena je razdioba ekstremnih vrijednosti parametara potresa ( Berislav Makjani? ), veza tektonskih pomaka i seizmi?nosti, građa Zemljine kore u Hrvatskoj, kvantitativni odnos gibanja tla i magnitude potresa, ocjena seizmi?ke ugro?enosti i opasnosti na teritoriju Hrvatske i tako dalje.

Sustavan razvoj fizi?ke oceanografije u Hrvatskoj po?inje s prvim oceanografskim ekspedicijama ?to su ih suradnici Sveu?ili?ta u Zagrebu proveli 1913. i 1914. brodom Vila Velebita . Nakon Drugog svjetskog rata uspostavljena je mre?a mareografskih postaja (danas tu mre?u ?ine postaje u Rovinju, Bakru, Zadru, Splitu, Su?uraju i Dubrovniku), zapo?ela su obalna mjerenja temperature mora, organizirana krstarenja istra?iva?kim brodovima, inicirana mjerenja na strujomjernim i valomjernim stanicama (od 1974. tiska se godi?njak Tablice morskih mijena ? Jadransko more ? isto?na obala ), a zapo?elo se i s kori?tenjem satelitskih snimaka. Analizom dobivenih podataka i razvojem odgovaraju?ih matemati?kih modela unaprijeđeno je poznavanje Jadrana .

Razvoj meteorologije u Hrvatskoj izravno je povezan s razvojem mre?e meteorolo?kih postaja. U razvoju primijenjene geofizike znatnu je ulogu odigralo poduze?e Geofizika iz Zagreba (utemeljeno 1951.).

Izvori [ uredi | uredi kod ]