Геофизический метод и его особенности

Геофизический метод – это метод изучения взаимосвязей, существующих в геосистемах и экосистемах в виде массо- энергообмена методами современной физики (Жучкова, 1982). Наибольшее распространение метод получил в геофизике. Геофизика (от греч. ge – Земля, phisis – природа) – наука о строении, физических свойствах и процессах, протекающих в твердой, жидкой и газообразной оболочках Земли. Эта наука зародилась в страх западной Европы на рубеже XIX – XX вв. на базе физики, геологии, астрономии, математики, химии, географии. Основными разделами геофизики являются физика твердой Земли, физика гидросферы, физика атмосферы, геофизика биосферы, геофизика ландшафта.

Геофизика биосферы – направление, изучающее экосистемы и биосферу в целом как функционально-целостные объекты, физические процессы и явления в биосфере, физическую сторону взаимодействия компонентов с биотой. Геофизика биосферы рассматривает природные процессы в трех аспектах: вещественном, энергетическом, информационном.

Геофизика ландшафта – раздел ландшафтоведения, рассматривающий физические процессы, происходящие в том или ином географическом ландшафте. Основные направления геофизики ландшафта – изучение производительности органического мира при определенном климате, рельефе, почвенном покрове. Это вызывает необходимость исследования энергетики ландшафта в целом, радиационного и теплового балансов земной поверхности, почвообразовательных процессов, структуры и трофических связей биоценозов.

Теоретическими основами геофизики биосферы являются труды И. Ньютона (1642 – 1727), М. В. Ломоносова, Б. Франклина (1706 – 1790), Ш. Кулона (1736 – 1806), А. Лежандра (1752 – 1833), П. Лапласа (1749 – 1827), С. Пуассона (1781 – 1840), К. Гаусса (1777 – 1855), А. Беккереля (1852 – 1908) и других исследователей XVIII – XIX вв. Большой вклад в развитие геофизики биосферы внес В. И. Вернадский. Многие его исследования посвящены метаболизму в биосфере. Геофизические идеи В. И. Вернадского нашли развитие в трудах А. Л. Чижевского (1897 – 1964), А. А. Григорьева (1883 – 1968), Г. Ф. Хильми, М. И. Будыко (род. 1920), В. Р. Волобуева, А. Д. Арманда, К. Н. Дьяконова (род. 1941), А. Ю. Ретеюма (род. 1941), Ю. Г. Пузаченко (род. 1940). С 1960-х гг. интенсивно развиваются дистанционные методы изучения экосистем. В настоящее время активно используется математический аппарат, в т. ч. ПЭВМ.

К основным геофизическим понятиям и определениям относятся геофизическое поле и его характеристики – геофизический параметр (величина), напряженность, градиент и геофизическое явление.

Геофизическое поле – конкретная форма существования материи, связывающая элементарные частицы вещества друг с другом в единые системы и передающие с конечной скоростью действия одних частиц на другие, т. е. осуществляющие взаимодействие этих частиц (Мишон, 1993, с. 13). Каждое геофизическое поле определяется геофизическими параметрами. Физические свойства и состояния экосистем характеризуются различными параметрами – плотность и влажность горных пород, прозрачность воздуха, скорость и направление ветра, цвет, соленость и температура воды, биомасса растений и др.

Геофизический метод представляет собой на самом деле совокупность частных геофизических методов. Существуют различные классификации методов геофизических исследований. В зависимости от поставленных задач методы геофизических делятся на две группы. Одна включает методы изучения строения, состава и свойств биосферы (методы прямого, косвенного и комплексного зондирования), другая – методы изучения геофизических полей, величин и явлений (методы стационарных наблюдений, экспедиционный и теоретического анализа).

По своей природной сущности геоэкосистема представляет собой открытую систему взаимодействующих потоков вещества, энергии и информации. Вещество – любое химическое соединение или элемент, возникающие в ходе спонтанно идущих химических реакций и физических процессов и входящие в природный круговорот веществ. Энергия – количественная характеристика (мера) движения материи. Информация – организация или упорядочение процессов преобразования и перемещения вещества, расходование энергии и ее накопление, своеобразные сигналы закодированные в природе.

Особенности геофизического метода заключаются в следующем.

1. Геоэкосистемы с помощью геофизического метода изучаются в трех аспектах – вещественном, энергетическом и информационном.

2. Метаболизм (массо-энергообмен) в геоэкосистемах индивидуален и изменяется во времени и в пространстве, поэтому надежность геофизических показателей зависит от длительности и массовости наблюдений.

3. Геофизические исследования обычно проводят на стационарах.

4. Геофизические наблюдения трудоемки. Они включают количественное измерение всех процессов превращения и перемещения энергии и вещества в геоэкосистемах.

5. Для наблюдения используются различные физические приборы и инструменты, в т. ч. автоматической дистанционной регистрации.