ژئوفیزیک شاخه ای از علوم طبیعی است که از اصول فیزیک برای مطالعه زمین استفاده می کند. این رشته شامل طیفی از رشته های فرعی است که هر کدام بر جنبه های مختلف خواص فیزیکی زمین از جمله میدان گرانشی، میدان مغناطیسی، انرژی زمین گرمایی، فعالیت لرزه ای و غیره تمرکز دارند. این زمینه برای درک ترکیب، ساختار و فرآیندهای زمین، که کاربردهای گسترده ای در پیش بینی بلایای طبیعی، اکتشاف منابع طبیعی و حفاظت از محیط زیست دارد، بسیار مهم است.
زمین از چندین لایه تشکیل شده است که از سطح شروع می شود: پوسته، گوشته، هسته بیرونی و هسته داخلی. هر لایه دارای خواص فیزیکی و شیمیایی متمایز است. پوسته بیرونی ترین لایه، نازک و جامد است. در زیر آن گوشته ای قرار دارد که نیمه سیال است و گرما را از درون زمین به سطح می رساند. هسته به دو بخش تقسیم می شود: یک هسته بیرونی مایع و یک هسته داخلی جامد که در درجه اول از آهن و نیکل تشکیل شده است. این لایه‌ها را می‌توان از طریق امواج لرزه‌ای که در اثر زلزله ایجاد می‌شود، بررسی کرد که بسته به چگالی و وضعیت موادی که از آن عبور می‌کنند، با سرعت‌های متفاوتی حرکت می‌کنند.
گرانش، نیروی اساسی طبیعت، به دلیل تفاوت در توپوگرافی، توزیع جرم و تغییرات چگالی در زیر سطح، کمی در سطح زمین تغییر می کند. ژئودزی علم اندازه گیری و درک شکل هندسی زمین، جهت گیری در فضا و میدان گرانش است. با مطالعه تغییرات در میدان گرانش زمین، ژئوفیزیکدانان می توانند اطلاعاتی در مورد توزیع جرم در زمین استنتاج کنند که برای درک حرکات زمین ساختی، ایزواستازی و تغییرات سطح دریا بسیار مهم است.
زمین یک میدان مغناطیسی تولید می کند که از سیاره در برابر تشعشعات خورشیدی و کیهانی محافظت می کند. این میدان مغناطیسی از حرکت آهن مذاب در هسته بیرونی زمین ایجاد می شود. پالئومغناطیس تاریخچه میدان مغناطیسی زمین را با بررسی جهت گیری کانی های مغناطیسی در سنگ ها مطالعه می کند. این مطالعات برای حمایت از تئوری تکتونیک صفحه‌ای و رانش قاره‌ای با نشان دادن اینکه قاره‌ها در مقیاس‌های زمانی زمین‌شناسی حرکت کرده‌اند و میدان مغناطیسی زمین بارها در طول تاریخ معکوس شده، بسیار مهم بوده است.
لرزه‌شناسی به مطالعه زمین‌لرزه‌ها و امواج لرزه‌ای است که در میان و اطراف زمین حرکت می‌کنند. امواج لرزه ای زمانی ایجاد می شوند که انرژی ناگهانی در پوسته زمین آزاد شود و زمین لرزه ایجاد کند. دو نوع اصلی امواج لرزه ای وجود دارد: امواج بدن (امواج P و امواج S) و امواج سطحی. امواج P (امواج اولیه) امواج فشاری هستند که سریعتر حرکت می کنند و اول می رسند، در حالی که امواج S (امواج ثانویه) امواج برشی هستند که پس از امواج P می رسند. دانشمندان با تجزیه و تحلیل زمانی که طول می کشد تا این امواج در زمین حرکت کنند، می توانند ساختار و ترکیب درونی زمین را استنتاج کنند.
انرژی زمین گرمایی به گرمای موجود در زمین اطلاق می شود که می توان از آن برای گرمایش و تولید برق استفاده کرد. این انرژی از تشکیل زمین و فروپاشی مواد رادیواکتیو در پوسته زمین سرچشمه می گیرد. شیب زمین گرمایی که افزایش دما را با عمق اندازه گیری می کند، بسته به موقعیت جغرافیایی و شرایط زمین شناسی متفاوت است. مناطق با فعالیت زمین گرمایی بالا، مانند چشمه های آب گرم، آبفشان ها و مناطق آتشفشانی، مکان های اصلی برای استخراج انرژی زمین گرمایی هستند. این منبع انرژی تجدیدپذیر یک حوزه کلیدی تحقیق و توسعه در ژئوفیزیک است.
ژئوفیزیک یک رشته چند رشته ای است که شکاف بین فیزیک و علوم زمین را پر می کند. با به کارگیری اصول و تکنیک های فیزیکی، ژئوفیزیکدانان قادر به کاوش در زیر سطح زمین هستند و اطلاعات ارزشمندی در مورد ساختار، تاریخچه و فرآیندهای دینامیکی سیاره آشکار می کنند. این دانش نه تنها درک ما از زمین را ارتقا می دهد، بلکه کاربردهای عملی در اکتشاف منابع، حفاظت از محیط زیست و آمادگی در برابر بلایا دارد و ژئوفیزیک را به یکی از عوامل کلیدی در رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های امروزی تبدیل می کند.
