Lageofísica interna analiza el interior de la Tierra y las principales cuestiones que estudia son:[2]
Sismología, estudia la estructura interna de la Tierra, el movimiento de las placas tectónicas y los movimientos telúricos, entre otros, valiéndose principalmente del análisis de sismogramas que registran la propagación de ondas elásticas (sísmicas) y de observaciones GPS que registran el movimiento de las placas tectónicas.
Geotermometría, estudia procesos relacionados con la propagación de calor en el interior de la Tierra, particularmente los relacionados con desintegraciones radioactivas y vulcanismo.
Prospección geofísica, usa métodos cuantitativos para la localización de recursos naturales como petróleo, agua, yacimientos de minerales, cuevas, etc. o artificiales como yacimientos arqueológicos.
Ingeniería geofísica o geotecnia, usa métodos cuantitativos de prospección para la ubicación de yacimientos de minerales e hidrocarburos, así como para las obras públicas y construcción en general.
Lageofísica externa estudia las propiedades físicas del entorno terrestre.
Geomagnetismo, estudia el campo magnético terrestre, tanto el interno generado por la propia Tierra como el externo, inducido por la Tierra y por el viento solar en la ionosfera.
Paleomagnetismo, se ocupa del estudio del campo magnético terrestre en épocas anteriores del planeta.
Gravimetría, estudia el campo gravitatorio terrestre a través de observaciones en tierra y observaciones satelitales.
Oceanografía uoceanología, estudia el océano en todas sus escalas. Desde fenómenos locales, hasta fenómenos globales comoEl Niño.
Meteorología, estudia la atmósfera y el tiempo atmosférico, circunscribiéndose a la tropósfera.
Aeronomía, es la ciencia que estudia las capas superiores de la atmósfera, donde los fenómenos deionización ydisociación son importantes, desde el punto de vista físico y químico.
Climatología, estudia el clima terrestre actual y en el pasado geológico.
Geofísica espacial, estudia los procesos físicos ligados al plasma presente en laionosfera y lamagnetósfera, y su interacción con elviento solar. La geofísica espacial es principalmente reconocida por el estudio de la transferencia de energía en la magnetósfera que da origen a lasauroras polares.
En general,geofísica aplicada o exploración geofísica se refiere al uso de métodos físicos y matemáticos para determinar las propiedades físicas de las rocas y sus contrastes. El propósito de tal determinación es conocer el arreglo de los cuerpos de roca en el interior de la Tierra, así como las anomalías presentes en ellas.
Algunos de los métodos de exploración geofísica más usados son: los métodos electromagnéticos, los métodos potenciales, y los métodos sísmicos.
El conocimiento del arreglo de las rocas en el interior de la Tierra puede tener un objetivo científico o comercial. Por ejemplo, conocer las dimensiones de un reservorio de hidrocarburos a través de métodos sísmicos o caracterizar la cámara magmática de un volcán a través de métodos gravimétricos.
También es utilizado en laingeniería civil para estudiar un terreno donde se comenzará una construcción. Se hace una exploración para determinar la profundidad a la que se encuentran losestratos de roca sana, es decir, capaz de soportar la construcción.
La expresión geofísica aplicada es usada de forma intercambiable con las expresiones: métodos deprospección geofísica, exploración geofísica e incluso, aunque de forma muy poco frecuente,ingeniería geofísica.
La geofísica es una materia muy interdisciplinar y los geofísicos contribuyen a todas las áreas de lasciencias de la Tierra. Para proporcionar una idea más clara de lo que constituye la geofísica, esta sección describe los fenómenos que se estudian en lafísica y cómo se relacionan con la Tierra y su entorno.En Geofísica, se aplican los principios de la Física para estudiar el "Interior" de la Tierra. Dependiendo del problema que se estudie, hay que decidir qué método se debe aplicar. Por ejemplo, para los estudios de aguas subterráneas, es útil el método eléctrico. En el caso de los yacimientos minerales, se puede utilizar el método de la gravedad o el magnético. Para el petróleo y el gas natural, hay que realizar estudios gravimétricos y magnéticos para obtener una idea aproximada de la estructura de las formaciones rocosas. Si la estructura deseada existe, para el estudio detallado de las formaciones rocosas, hay que llevar a cabo estudios sísmicos y/o magnetotelúricos.
La atracción gravitatoria de la Luna y el Sol da lugar a dos mareas altas y dos mareas bajas cada día lunar, o cada 24 horas y 50 minutos. Por tanto, hay un intervalo de 12 horas y 25 minutos entre cada marea alta y entre cada marea baja.[3]
Las fuerzas gravitatorias hacen que las rocas presionen sobre otras más profundas, aumentando su densidad a medida que aumenta la profundidad.[4] Las mediciones de laaceleración de la gravedad y delpotencial gravitatorio en la superficie de la Tierra y por encima de ella pueden utilizarse para buscar depósitos minerales (véaseanomalía gravitatoria ygravimetría).[5][6] El campo gravitatorio superficial proporciona información sobre la dinámica de lasplacas tectónicas. La superficiegeopotencial llamadageoide es una definición de la forma de la Tierra. El geoide sería el nivel medio global del mar si los océanos estuvieran en equilibrio y pudieran extenderse a través de los continentes (como con canales muy estrechos).
Ilustración de las deformaciones de un bloque por ondas de cuerpo y ondas superficiales (ver onda sísmica).
Lasondas sísmicas son vibraciones que viajan por el interior de la Tierra o a lo largo de su superficie. La Tierra entera también puede oscilar en formas que se denominanmodos normales ooscilaciones libres de la Tierra. Los movimientos del suelo procedentes de las ondas o modos normales se miden consismógrafos. Si las ondas proceden de una fuente localizada, como un terremoto o una explosión, se pueden utilizar las mediciones en más de un lugar para localizar la fuente. La localización de los terremotos proporciona información sobre la tectónica de placas y la convección del manto.[10][11]
El registro de las ondas sísmicas procedentes de fuentes controladas proporciona información sobre la región que recorren las ondas. Si la densidad o la composición de la roca cambia, las ondas se reflejan. Las reflexiones registradas mediantesismología de reflexión pueden proporcionar una gran cantidad de información sobre la estructura de la tierra hasta varios kilómetros de profundidad y se utilizan para aumentar nuestra comprensión de la geología, así como para explorar en busca de petróleo y gas.[6] Los cambios en la dirección de desplazamiento, llamadosrefracción sísmica, pueden utilizarse para inferir laestructura profunda de la Tierra.[11]
Aunque notamos la electricidad principalmente durante lastormentas eléctricas, siempre hay un campo eléctrico descendente cerca de la superficie que tiene un promedio de 120voltios por metro.[13] En relación con la Tierra sólida, la atmósfera tiene una carga neta positiva debido al bombardeo derayos cósmicos. En el circuito global fluye una corriente de unos 1800amperios.[13] Fluye hacia abajo desde la ionosfera sobre la mayor parte de la Tierra y de nuevo hacia arriba a través de las tormentas eléctricas. El flujo se manifiesta en forma de rayos por debajo de las nubes ysprites por encima.
En los estudios geofísicos se utilizan diversos métodos eléctricos. Algunos miden elpotencial espontáneo, un potencial que surge en el suelo debido a perturbaciones naturales o provocadas por el hombre. Lascorrientes telúricas fluyen en la Tierra y en los océanos. Tienen dos causas: Lainducción electromagnética por elcampo magnético terrestre de origen externo y variable en el tiempo y el movimiento de los cuerpos conductores (como el agua de mar) a través del campo magnético permanente de la Tierra.[14] La distribución de la densidad de la corriente telúrica puede utilizarse para detectar variaciones en laresistividad eléctrica de las estructuras subterráneas. Los geofísicos también pueden proporcionar la propia corriente eléctrica.
En el hierro líquido altamente conductor del núcleo externo, los campos magnéticos son generados por corrientes eléctricas mediante inducción electromagnética. Lasondas Alfvén son ondasmagnetohidrodinámicas en la magnetosfera o en el núcleo de la Tierra. En el núcleo, probablemente tienen poco efecto observable en el campo magnético de la Tierra, pero las ondas más lentas, como lasondas de Rossby magnéticas, pueden ser una fuente devariación secular geomagnética.[15]
El campo magnético terrestre protege a la Tierra del mortíferoviento solar y se ha utilizado durante mucho tiempo para la navegación. Se origina en los movimientos fluidos del núcleo externo.[15] El campo magnético en la atmósfera superior da lugar a lasauroras polares.[17]
El eje del dipolo de la Tierra (línea rosa) está inclinado respecto al eje de rotación (línea azul).
El campo de la Tierra es aproximadamente como undipolo inclinado, pero cambia con el tiempo (un fenómeno llamado variación secular geomagnética). La mayoría de las veces elpolo geomagnético se mantiene cerca delpolo geográfico, pero a intervalos aleatorios de entre 440.000 y un millón de años aproximadamente, la polaridad del campo terrestre se invierte. Estasinversiones geomagnéticas, analizadas dentro de unaescala de tiempo de la polaridad geomagnética, contienen 184 intervalos de polaridad en los últimos 83 millones de años, con cambios en la frecuencia a lo largo del tiempo, con la más reciente y breve inversión completa delevento Laschamp que ocurrió hace 41.000 años durante elÚltimo período glacial. Los geólogos observaron la inversión geomagnética registrada en las rocas volcánicas, a través de la correlación magnetoestratigráfica y su firma puede verse como franjas de anomalías magnéticas lineales paralelas en el fondo marino. Estas franjas proporcionan información cuantitativa sobre laexpansión del fondo oceánico, una parte de la tectónica de placas. Son la base de lamagnetoestratigrafía, que correlaciona las inversiones magnéticas con otras estratigrafías para construir escalas temporales geológicas.[18] Además, elmagnetización en las rocas puede utilizarse para medir el movimiento de los continentes.[15]
Ladesintegración radiactiva es responsable de cerca del 80% del calor producido en el interior de la Tierra, que alimenta el geodinamo y la tectónica de placas.[19] Los principalesisótopos que producen calor son elpotasio-40, eluranio-238, el uranio-235 y eltorio-232.[20]Los elementos radiactivos se utilizan para ladatación radiométrica, el principal método para establecer una escala temporal absoluta en lageocronología.
Los isótopos inestables se desintegran a ritmos predecibles, y los ritmos de desintegración de los diferentes isótopos abarcan varios órdenes de magnitud, por lo que la desintegración radiactiva puede utilizarse para datar con precisión tanto eventos recientes como eventos deépocas geológicas pasadas.[21] La cartografía radiométrica medianteespectrometría gamma terrestre y aérea puede utilizarse para cartografiar la concentración y distribución de radioisótopos cerca de la superficie de la Tierra, lo que resulta útil para cartografiar la litología y la alteración.[22][23]
Movimientos de fluidos se producen en la magnetosfera, laatmósfera, el océano, el manto y el núcleo. Incluso el manto, aunque tiene una enormeviscosidad, fluye como un fluido durante largos intervalos de tiempo. Este flujo se refleja en fenómenos como laisostasia, elrebote postglacial y las plumas del manto. El flujo del manto impulsa la tectónica de placas y el flujo en el núcleo de la Tierra impulsa el geodinamo.[15]
La dinámica de fluidos geofísica es una herramienta primordial en laoceanografía física y lameteorología. La rotación de la Tierra tiene profundos efectos en la dinámica de los fluidos terrestres, a menudo debido alefecto Coriolis. En la atmósfera da lugar a patrones a gran escala como lasondas de Rossby y determina los patrones básicos de circulación de las tormentas. En el océano impulsan patrones de circulación a gran escala, así comoondas Kelvin yespirales de Ekman en la superficie del océano.[24] En el núcleo de la Tierra, la circulación del hierro fundido está estructurada porcolumnas de Taylor.[15]
Las ondas y otros fenómenos en la magnetosfera pueden modelarse mediante lamagnetohidrodinámica.
Las propiedades físicas de los minerales deben entenderse para inferir la composición del interior de la Tierra a partir de lasismología, elgradiente geotérmico y otras fuentes de información. Los físicos de minerales estudian las propiedades deelástica de los minerales; susdiagramas de fases a alta presión, puntos de fusión yecuaciones de estado a alta presión; y laspropiedades reológicas de las rocas, o su capacidad de fluir. La deformación de las rocas pordescenso hace posible la fluidez, aunque en tiempos cortos las rocas son frágiles. Laviscosidad de las rocas se ve afectada por la temperatura y la presión, y a su vez determina la velocidad a la que se mueven las placas tectónicas.[5]
El agua es una sustancia muy compleja y sus propiedades únicas son esenciales para la vida.[25] Sus propiedades físicas dan forma a lahidrosfera y son una parte esencial delciclo del agua y delclima. Sus propiedades termodinámicas determinan laevaporación y el gradiente térmico en la atmósfera. Los numerosos tipos deprecipitación implican una compleja mezcla de procesos como lacoalescencia, elsobreenfriamiento y lasobresaturación.[26] Parte del agua precipitada se convierte enagua subterránea, y el flujo de agua subterránea incluye fenómenos como lapercolación, mientras que laconductividad del agua hace que los métodos eléctricos y electromagnéticos sean útiles para el seguimiento del flujo de agua subterránea. Las propiedades físicas del agua, como lasalinidad, tienen un gran efecto en su movimiento en los océanos.[24]
↑«Interpretación de la radiometría».Natural Resource Management. Department of Agriculture and Food, Government of Western Australia. Archivado desdeasp el original el 21 de marzo de 2012. Consultado el 23 de junio de 2014.
Bozorgnia, Yousef; Bertero, Vitelmo V. (2004).Earthquake Engineering: From Engineering Seismology to Performance-Based Engineering.CRC Press.ISBN978-0-8493-1439-1.
Chemin, Jean-Yves; Desjardins, Benoit;Gallagher, Isabelle; Grenier, Emmanuel (2006).Mathematical geophysics: an introduction to rotating fluids and the Navier-Stokes equations. Oxford lecture series in mathematics and its applications.Oxford University Press.ISBN0-19-857133-X.
Defense Mapping Agency (1984),Geodesy for the Layman (TR 80-003), National Geospatial-Intelligence Agency, consultado el 30 de septiembre de 2011.
Eratosthenes (2010).Eratosthenes' "Geography". Fragments collected and translated, with commentary and additional material by Duane W. Roller.Princeton University Press.ISBN978-0-691-14267-8.
Merrill, Ronald T.; McElhinny, Michael W.; McFadden, Phillip L. (1998).The Magnetic Field of the Earth: Paleomagnetism, the Core, and the Deep Mantle. International Geophysics Series63.Academic Press.ISBN978-0124912458.
