تاريخ الجيوفيزياء

كان الدافع وراء التطور التاريخي للجيوفيزياء عاملين. أحد هذه الأشياء هو فضول الجنس البشري المتعلق بكوكب الأرض ومكوناته العديدة وأحداثه ومشكلاته. والثاني هو الاستخدام الاقتصادي لموارد الأرض (رواسب الخام ، البترول ، موارد المياه ، إلخ) والمخاطر المرتبطة بالأرض مثل الزلازل والبراكين وأمواج المد والجزر والفيضانات.

الفترة الكلاسيكية والرصد

في حوالي عام 240 قبل الميلاد ، قاس إراتوستينس من قوريين محيط الأرض ، باستخدام علم المثلثات وزاوية الشمس في أكثر من خط عرض في مصر.   
شرح الطبيعي من البراكين وأجري أول مرة من قبل الفيلسوف اليوناني إمبيدوكليس (ج 490-430 قبل الميلاد)، الذي يعتبر العالم لتقسيمها إلى أربع قوى عنصري: الأرض والهواء والنار والماء. وقال إن البراكين هي مظهر من مظاهر النار عنصري. ستلعب الرياح والزلازل دورًا رئيسيًا في تفسير البراكين. ادعى لوكريتيوس أن جبل إتنا كان مجوفًا تمامًا وأن حرائق الأرض كانت مدفوعة بواسطة رياح عنيفة تدور بالقرب من مستوى سطح البحر. لاحظ بليني الأكبر أن وجود الزلازل سبقت ثوران. شهد أثناسيوس كيرشر (1602-1680) ثوران في جبل إتنا وسترومبولي ، ثم زار فوهة فيزوف ، ونشر وجهة نظره عن الأرض بنيران مركزية متصلة بالعديد من الآخرين بسبب حرق الكبريت والبيتومين والفحم .

فترة مفيدة والتحليلية

يمكن القول إن أول أطروحة تجريبية حديثة كانت بعنوان ويليام جيلبرت دي ماجنيتي (1600) ، حيث استنتج أن البوصلات تشير إلى الشمال لأن الأرض نفسها مغناطيسية. في عام 1687 نشر إسحاق نيوتن كتابه الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية ، الذي لم يرسي أسس الميكانيكا الكلاسيكية والجاذبية فحسب ، بل أوضح أيضًا مجموعة متنوعة من الظواهر الجيوفيزيائية مثل المد والجزر وتقدّم الاعتدال . 
تم تطبيق هذه التحليلات التجريبية والرياضية على العديد من مجالات الجيوفيزياء: شكل الأرض وكثافتها وحقل الجاذبية ( بيير بوجير وأليكسيس كليروت وهنري كافينديش ) ، الحقل المغناطيسي للأرض ( ألكسندر فون هومبولت ، إدموند هالي وكارل فريدريش غاوس ) جون ميلن وروبرت ماليت ) ، وعمر الأرض والحرارة والإشعاع ( آرثر هولمز وويليام طومسون ، بارون كيلفن الأول ). 
هناك العديد من الأوصاف والمناقشات حول النظرية الفلسفية لدورة المياه التي وضعها ماركوس فيتروفيوس وليوناردو دافنشي وبرنارد باليسي . الرواد في مجال الهيدرولوجيا يشملون بيير بيرولت ، وإدمي ماريوت وإدموند هالي في دراسات حول أشياء مثل هطول الأمطار والجريان السطحي ومنطقة التصريف والسرعة وقياسات المقطع العرضي للأنهار والتصريف. تضمنت التطورات التي تحققت في القرن الثامن عشر مقياس بيزنيس لدانييل بيرنولي ومعادلة بيرنولي بالإضافة إلى أنبوب بيتو من تأليف هنري بيتو. في القرن التاسع عشر ، تم تعزيز هيدرولوجيا المياه الجوفية بموجب قانون دارسي وصيغة بئر دوبويت ثيم ومعادلة هاغن بوازويل للتدفقات عبر الأنابيب. كتاب الجغرافيا الطبيعية للبحر ، أول كتاب مدرسي لعلوم المحيطات ، كتبه ماثيو فونتين موري في عام 1855.  
تم بناء المنظار الحراري ، أو مقياس الحرارة غاليليو ، من قبل غاليليو غاليلي في عام 1607. في 1643 ، اخترع إيفانجليستا توريسيلي مقياس الزئبق . اكتشف Blaise Pascal (في عام 1648) أن الضغط الجوي يقل مع الارتفاع ، واستنتج أن هناك فراغًا فوق الغلاف الجوي.

نشأته كنظام

أول استخدام معروف لكلمة الجيوفيزياء كان من قبل يوليوس فروبل في عام 1834 (باللغة الألمانية). تم استخدامه من حين لآخر في العقود القليلة القادمة ، لكنه لم يستمر حتى بدأت المجلات المكرسة لهذا الموضوع في الظهور ، بدءًا من مجلة مساهمات في الجيوفيزياء في عام 1887. تأسست مجلة الأبحاث الجيوفيزيائية المستقبلية في عام 1896 بعنوان المغناطيسية الارضية . في عام 1898 ، تم إنشاء معهد الجيوفيزيائية في جامعة غوتنغن ، وأصبح إميل ويشيرت أول كرسي في العالم للفيزياء الجيولوجية.  تم توفير إطار دولي للجيوفيزياء من خلال تأسيس الاتحاد الدولي للجيوديسيا والجيوفيزياء في عام 1919.

القرن ال 20

كان القرن العشرين عصرًا ثوريًا للجيوفيزياء. كجهد علمي دولي بين عامي 1957 و 1958 ، كانت السنة الجيوفيزيائية الدولية أو IGY واحدة من أهم الأنشطة العلمية لجميع تخصصات الجيوفيزياء: الشفق القطبي والرياح ، الأشعة الكونية ، الجيومغنطيسية ، الجاذبية ، الفيزياء الأيونية ، خطوط الطول والعرض ( الدقة الخرائط) ، والأرصاد الجوية ، وعلوم المحيطات ، والزلازل والنشاط الشمسي.

الأرض الداخلية والزلازل

تم تمكين تحديد فيزياء الأرض الداخلية من خلال تطوير أول أجهزة قياس الزلازل في ثمانينيات القرن التاسع عشر. بناءً على سلوك الأمواج المنعكسة على الطبقات الداخلية للأرض ، تم تطوير عدة نظريات حول سبب التباين في سرعة الموجة أو فقد ترددات معينة. وأدى ذلك إلى اكتشاف العلماء مثل إنجي ليمان وجود لب الأرض في عام 1936. عمل بينو جوتنبرج وهارولد جيفريز على شرح الفرق في كثافة الأرض بسبب الضغط وسرعة القص في الأمواج.  نظرًا لأن علم الزلازل يعتمد على موجات مرنة ، يمكن أن تساعد سرعة الأمواج في تحديد الكثافة وبالتالي سلوك الطبقات داخل الأرض.  
تم اعطاء مصطلح لسلوك الأمواج الزلزالية بناءً على هذه النتائج. واستخدمت موجات P و S لوصف نوعين من موجات الجسم المرنة .  تم استخدام موجات الحب وموجات رايلي لوصف نوعين من الموجات السطحية الممكنة.   
العلماء الذين ساهموا في التقدم في المعرفة عن باطن الأرض و الزلازل تتضمن إميل ويشيرت ، بينو غوتنبرغ ، أندرييا موهوروفيتشيتش ، هارولد جيفريز ، إنجي ليمان ، إدوارد بولارد ، تشارلز فرانسيس ريختر ، فرانسيس بيرش ، فرانك بريس ، هيرو كاناموري و التر Elsasser . 
من بين الموضوعات التي نوقشت بشدة حول الأرض الداخلية أعمدة الوشاح. هذه النظريات هي أن ارتفاع الصهارة المسؤولة عن النقاط الساخنة في العالم ، مثل هاواي. كانت النظرية في الأصل أن أعمدة الوشاح قد ارتفعت في مسار مباشر ، ولكن يوجد الآن دليل على أن الأعمدة قد تنحرف بدرجات صغيرة مع ارتفاعها.  وقد وجد أيضًا أن النقطة الساخنة المقترحة أسفل يلوستون قد لا تكون ذات صلة بعمود الوشاح المرتفع. هذه النظرية لم يتم بحثها بالكامل.

الصفائح التكتونية

في النصف الثاني من القرن العشرين ، تم تطوير نظرية تكتونية الصفائح من قبل العديد من المساهمين بما في ذلك ألفريد فيجنر ، موريس إوينغ ، روبرت س. ديتز ، هاري هاموند هيس ، هوجو بينيوف ، والتر سي بيتمان ، الثالث ، فريدريك فاين ، دروموند ماثيوز ، كيث رونكورن ، براين إل إيساكس ، إدوارد بولارد ، كزافييه لو بيتشون ، دان ماكنزي ، دبليو جاسون مورغان وجون توزو ويلسون . قبل ذلك ، كان لدى الناس أفكار عن الانجراف القاري ، ولكن لم يتم تقديم دليل حقيقي حتى أواخر القرن العشرين. لاحظ ألكساندر فون همبولت في أوائل القرن التاسع عشر هندسة وجيولوجيا شواطئ قارات المحيط الأطلسي.  جيمس هوتون وتشارلز ليل فكرة التغيير التدريجي ، التوحيد ، والتي ساعدت الناس على التغلب على الانجراف البطيء في القارات. قاد ألفريد فيجنر النظرية الأصلية للانجراف القاري وقضى معظم حياته المكرسة لهذه النظرية. اقترح " بانجيا " ، قارة عملاقة موحدة. 
أثناء تطور نظرية الانجراف القاري ، لم يكن هناك الكثير من الاستكشاف للجزء المحيطي من العالم ، فقط الجزء القاري. بمجرد أن يبدأ الناس في الاهتمام بالمحيط ، وجد الجيولوجيون أن الأرض كانت تنتشر ، وبنسب مختلفة في مناطق مختلفة.  هناك ثلاث طرق رئيسية يمكن من خلالها تحريك الألواح: التحويل والتباعد والتقارب . أيضًا ، يمكن أن يكون هناك صدع ، وهي مناطق بدأت الارض في الانتشار فيها.

علم المحيطات

حدثت تطورات في علم المحيطات الفيزيائي في القرن العشرين. وتم معرفة عمق البحر بواسطة القياسات الصوتية لأول مرة في عام 1914. والألمانية "ميتيور"  جمعت 70000 قياس لعمق المحيط باستخدام السونار ، مسح ريدج منتصف المحيط الأطلسي بين 1925 و 1927. و  الصدع العظيم العالمي تم اكتشافه من قبل موريس يوينغ و بروس Heezen في عام 1953 ، وسلسلة الجبال تحت القطب الشمالي عثر عليها في عام 1954 من قبل معهد القطب الشمالي للاتحاد السوفياتي . تم تطوير نظرية توسع قاع البحر في عام 1960 من قبل هاري هاموند هيس . بدأ برنامج حفر المحيطات في عام 1966. كان هناك تركيز كبير على تطبيق أجهزة الكمبيوتر واسعة النطاق على علم المحيطات للسماح للتنبؤات العددية لظروف المحيطات وكجزء من التنبؤ بالتغير البيئي الشامل.

المغناطيسية الأرضية

حركة المعدن المنصهر الموصل تحت قشرة الأرض ، أو دينامو الأرض ، هي المسؤولة عن وجود المجال المغناطيسي. يؤثر على تفاعل المجال المغناطيسي والإشعاع الشمسي على مقدار الإشعاع الذي يصل إلى سطح الأرض وسلامة الغلاف الجوي. لقد وجد أن الأقطاب المغناطيسية للأرض قد انعكست عدة مرات ، مما أتاح للباحثين الحصول على فكرة عن ظروف سطح الكوكب في ذلك الوقت.  سبب انعكاس الأقطاب المغناطيسية غير معروف ، وتختلف فترات التغيير ولا تُظهر فاصل زمني ثابت.  يُعتقد أن الانعكاس مرتبط بغطاء الأرض ، على الرغم من ان معرفة الطريقة بالتفصيل لا تزال مطرحًا للنقاش.  
تسبب التشوهات في المجال المغنطيسي للأرض في ظهور ظاهرة تسمى أورورا بورياليس ، التي يطلق عليها عادة الأضواء الشمالية.  يُخزن الحقل المغناطيسي الطاقة التي تقدمها الجسيمات الكونية المعروفة باسم الرياح الشمسية ، مما يؤدي إلى توسيع خطوط المجال المغناطيسي. عندما تتقلص الخطوط ، فإنها تطلق هذه الطاقة ، والتي يمكن رؤيتها باسم "الأضواء الشمالية".

التأثيرات الجوية

يتغير مناخ الأرض بمرور الوقت بسبب تركيبة الغلاف الجوي للكوكب ، لمعان الشمس ، وحدوث ظواهر كارثية.   
يؤثر تكوين الغلاف الجوي على الآليات البيولوجية النشطة على سطح الأرض ويتأثر بها. الكائنات الحية تؤثر على كمية الأكسجين مقابل ثاني أكسيد الكربون من خلال التنفس والتمثيل الضوئي . كما أنها تؤثر على مستويات النيتروجين من خلال التثبيت ، النترجة ، وإزالة النتروجين .  المحيط قادر على امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الجو ، ولكن هذا يختلف باختلاف مستويات النيتروجين والفوسفور الموجود في الماء.   لعب البشر أيضًا دورًا في تغيير التكوين الجوي للأرض من خلال المنتجات الثانوية الصناعية وإزالة الغابات والسيارات. 
يزداد لمعان الشمس مع تقدمها طوال دورة حياتها وتكون مرئية على مدار ملايين السنين. يمكن أن تتشكل البقع الشمسية على سطح الشمس ، مما يمكن أن يسبب تقلبات أكبر في الانبعاثات التي تتلقاها الأرض.   
تتشكل البراكين عندما تلتقي صفحتان وتكون  أحدهما تحت الآخر.  وهي بذلك تتشكل على طول معظم حدود الألواح ؛ حلقة النار مثال على ذلك.  أظهرت دراسة البراكين على طول حدود الألواح وجود علاقة بين الانفجارات والمناخ. يدرس آلان روبوك أن النشاط البركاني يمكن أن يؤثر على المناخ ويمكن أن يؤدي إلى تبريد عالمي لسنوات.  الفكرة الرئيسية ، المستندة إلى الانفجارات البركانية ، هي أن ثاني أكسيد الكبريت المنطلق من البراكين له تأثير كبير على تبريد الغلاف الجوي بعد الانفجار.  
الآثار الناجمة عن الأجرام السماوية الكبيرة ، والكويكبات الشائعة ، تخلق موجات صدمية تدفع الهواء وتوزع الغبار في الغلاف الجوي ، وتمنع أشعة الشمس.  يؤدي هذا إلى تبريد عالمي ، مما قد يؤدي إلى موت العديد من الأنواع وانقراضها.