الجيوفيزياء هي فرع من فروع العلوم الطبيعية التي تطبق مبادئ من الفيزياء لدراسة الأرض . وهو يشمل مجموعة من التخصصات الفرعية، يركز كل منها على جوانب مختلفة من الخصائص الفيزيائية للأرض، بما في ذلك مجال الجاذبية والمجال المغناطيسي والطاقة الحرارية الأرضية والنشاط الزلزالي والمزيد. يعد هذا المجال أمرًا بالغ الأهمية لفهم تكوين الأرض وبنيتها وعملياتها، والتي لها تطبيقات واسعة النطاق في التنبؤ بالكوارث الطبيعية، واستكشاف الموارد الطبيعية، وحماية البيئة.
تتكون الأرض من عدة طبقات، بدءاً من السطح: القشرة، والوشاح، والنواة الخارجية، والنواة الداخلية. كل طبقة لها خصائص فيزيائية وكيميائية مميزة. القشرة هي الطبقة الخارجية، رقيقة وصلبة. ويوجد تحتها الوشاح، وهو شبه سائل وينقل الحرارة من باطن الأرض إلى السطح. وينقسم اللب إلى قسمين: اللب الخارجي السائل والقلب الداخلي الصلب، ويتكون بشكل أساسي من الحديد والنيكل. ويمكن دراسة هذه الطبقات من خلال الموجات الزلزالية التي تنتجها الزلازل، والتي تنتقل بسرعات مختلفة حسب كثافة وحالة المادة التي تمر من خلالها.
الجاذبية، وهي قوة أساسية في الطبيعة، تختلف قليلاً عبر سطح الأرض بسبب الاختلافات في التضاريس، وتوزيع الكتلة، وتغيرات الكثافة تحت السطح. الجيوديسيا هي علم قياس وفهم الشكل الهندسي للأرض واتجاهها في الفضاء ومجال الجاذبية. من خلال دراسة الاختلافات في مجال جاذبية الأرض، يمكن للجيوفيزياء استنتاج معلومات حول توزيع الكتلة داخل الأرض، وهو أمر بالغ الأهمية لفهم الحركات التكتونية، والتوازن، والتغيرات في مستوى سطح البحر.
تولد الأرض مجالاً مغناطيسياً يحمي الكوكب من الإشعاع الشمسي والكوني. وينشأ هذا المجال المغناطيسي من حركة الحديد المنصهر في اللب الخارجي للأرض. تدرس المغناطيسية القديمة تاريخ المجال المغناطيسي للأرض من خلال فحص اتجاه المعادن المغناطيسية في الصخور. وكانت هذه الدراسات حاسمة لدعم نظرية تكتونية الصفائح والانجراف القاري من خلال إظهار أن القارات تحركت على فترات زمنية جيولوجية وأن المجال المغناطيسي للأرض قد انعكس عدة مرات عبر التاريخ.
علم الزلازل هو دراسة الزلازل والموجات الزلزالية التي تتحرك عبر الأرض وحولها. تتولد الموجات الزلزالية عندما يكون هناك إطلاق مفاجئ للطاقة في القشرة الأرضية، مما يؤدي إلى حدوث الزلازل. هناك نوعان أساسيان من الموجات الزلزالية: موجات الجسم (موجات P وموجات S) والموجات السطحية. موجات P (الموجات الأولية) هي موجات انضغاطية تتحرك بشكل أسرع وتصل أولاً، في حين أن موجات S (الموجات الثانوية) هي موجات قص تصل بعد موجات P. ومن خلال تحليل الوقت الذي تستغرقه هذه الموجات للانتقال عبر الأرض، يمكن للعلماء استنتاج بنية وتكوين باطن الأرض.
تشير الطاقة الحرارية الأرضية إلى الحرارة الموجودة داخل الأرض، والتي يمكن الوصول إليها واستخدامها للتدفئة وتوليد الكهرباء. تنشأ هذه الطاقة من تكون الأرض واضمحلال المواد المشعة في القشرة الأرضية. وتختلف التدرجات الحرارية الأرضية، والتي تقيس الزيادة في درجة الحرارة مع العمق، باختلاف الموقع الجغرافي والظروف الجيولوجية. تعد المناطق ذات النشاط الحراري الأرضي المرتفع، مثل الينابيع الساخنة والسخانات والمناطق البركانية، مواقع رئيسية لاستخراج الطاقة الحرارية الأرضية. يعد مصدر الطاقة المتجددة هذا مجالًا رئيسيًا للبحث والتطوير في الجيوفيزياء.
الجيوفيزياء مجال متعدد التخصصات يعمل على سد الفجوة بين الفيزياء وعلوم الأرض . ومن خلال تطبيق المبادئ والتقنيات الفيزيائية، يستطيع الجيوفيزيائيون استكشاف ما تحت سطح الأرض، والكشف عن معلومات لا تقدر بثمن حول بنية الكوكب وتاريخه وعملياته الديناميكية. لا تعمل هذه المعرفة على تعزيز فهمنا للأرض فحسب، بل لها أيضًا تطبيقات عملية في استكشاف الموارد، وحماية البيئة، والتأهب للكوارث، مما يجعل الجيوفيزياء مساهمًا رئيسيًا في معالجة بعض التحديات الأكثر إلحاحًا في يومنا هذا.
