试述地球物理学的发展

陈鹏宇

摘 要：从对地球物理性质的认识以及国民经济发展的基本需求来看，地球物理学都占有极其重要的位置。在前期工作的基础上，本文总结了固体地球物理学发展的趋势，比如地球物理学科发展、重大科学及观测手段等的趋势。在广泛应用地球物理学的基础上，分析地球物理研究在科学中心中的地位及作用，初步探讨固体地球科学中心的模式，应用于为国民经济服务和为国家决策提供咨询。

关键词：地球物理学；固体地球物理学；发展趋势；发展动力

一、引言

众所周知，地球科学的发展受到国民经济力量和科学手段的制约，是一门影响全球性的科学。因此，要从全球长远发展需要出发，强化应用地球物理學以及科学技术的开发和推广，解决经济社会发展以及关键技术问题，发展生产力。

二、地球物理学的定义

广义地讲，地球物理学是一门应用物理学，研究地球内部及地球与邻近星体之间的物理场。地球物理学科组将它划分为四部分：（1）测量地球物理—地球表面的形状（2）固体地球物理—地球本体的物理现象（3）空间地球物理—高空以至星际空间的物理场（4）勘探地球物理—用地球物理方法解决比如资源调查的问题。

狭义地讲，地球物理学是指固体地球物理学，它从本体为起点，进一步扩散研究。可定义为普通地球物理和勘探地球物理。

三、地球物理学学科前沿

地球物理学是认识地球内部结构的重要手段，必须从全球概念出发，作为一个整体研究，把地球的边界条件、地球内部介质性质及地球内部各层耦合及相互作用有机结合起来，达到对地球认识的定量化目的。地球物理学的进展表现在空间大地测量、地球内部三维成像和地球内部各层之间的耦合三大方面。每方面运用地球物理学可以采用新方法是，一是借助新的观测仪器，从空中观测地表、断层及板块的相对运动及绝对运动，提供更为准确的约束条件；二是对地球岩石圈层结构展开广泛研究，运用快速发展的计算机技术，为地球内部三维成像提供强有力的支持；三是随着科学技术和理论的发展，与我们密切相关的岩石圈与地幔间、地幔与地核间相互耦合作用进行研究，已经成为认识地球结构和性质必不可少的条件。

四、地球物理学发展及其必然性

作为21世纪固体地球科学的先导学科的地球物理问题的探讨从很早以前就开始了。现代地球物理学可以说成是从研究地球物理问题开始的。60年代的上地幔计划、70年代的地球动力学计划和80年代的大陆岩石圈计划，进一步描述了地球物理学的发展进程，地球物理学在60年代的板块构造理论的建立过程中占据先导作用。这些计划把研究的重点从地表转入地球内部，地球物理方法是唯一能为研究地球内部结构和性质，提供直接信息的方法。

地球物理学通过观测和研究地震波、重力、磁、电、热等的物理场来认识地球，是吸纳高新技术能力最强的一个分支学科。这一高新技术最强学科的特点，暗示着地球物理学科旺盛的生命力。近20年的发展趋势看来，高新技术如观测、信息科学、计算机科学技术的融合，促进地球物理学的快速发展。自1975年美国和德国开始设置数字化地震台网以来，迄今已有440个数字地震台遍布全球。又如空间大地测量技术和地壳运动观测网、高精度全球重力测量等。全球性数字化地球物理观测系统的出现与迅速发展，使地球物理学研究从定性走向定量，跨上一个新的高度，全球性高精度地震观测信息推动地球科学研究的典型例证也正是如此。建立地球动力数值模型来研究地球磁场的时空变化，已经成为国际地球科学研究的热点之一，而超级计算技术的发展使得这项研究成为可能。地球物理所开展的复杂地质体地震波和重、磁、电场的研究，实现对地质单元的精细刻划，把地球物理场的图象转化为表征地质的图象，推进了地球物理学科更高层次综合的研究。这些科学发展的事实，让我们直观的认识到地球物理学是21世纪固体地球科学的先导学科，必须为地球物理学发展注入其他新学科的活力，共同发展与进步。

五、固体地球物理学发展动力的探讨

物理学中研究动力系统的规律是慢变量决定快变量：研究地球的目的，一是地球客观存在于宇宙世界中，没有种种物理现象和规律存在，地球物理学也就不存在，并且所有的存在不以人类的意志转移；二是因为地球需要人类去研究，否则地球物理学也就不会得到建立以及快速的发展。归根到底研究和发展地球物理学，是因为地球物理学所研究的内容是客观存在的，而这些存在直接或者间接的影响着我们的生活。

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