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地球物理學(英語:Geophysics)是透過定量物理方法研究地球的自然科學學科。通常使用地震波、重力、電磁、地熱和放射能等方法。狹義的地球物理學專指地質學上的應用,包括地球的形狀; 重力場和磁場;內部結構和組成;動力學和板塊構造; 岩漿的產生;火山活動和岩石形成等。不過現代地球物理學組織使用更廣泛的定義,包括了冰和水在內的水循環; 海洋和大氣的流體動力學; 電離層和磁層中的電磁特性與日地關係;以及月球和其他行星相關的類似問題。

雖然地球物理學在19世紀才被認為是一門獨立的學科,但起源可以追溯到古代。最早人類開始以天然磁石製作成指南針。公元132年張衡建立了第一台檢驗地震的儀器[1]。艾薩克·牛頓將他的力學理論應用於潮汐和歲差,並開發了儀器來測量地球的形狀、密度和重力場,以及水循環的流程。 20世紀以來,發展出使用遠距離探測固體地球和海洋的地球物理學方法,地球物理學對於板塊構造理論的發展影響相當大。

地球物理學有許多對於社會需求的應用,如礦產資源、自然災害預防和環境保護 。地球物理勘測數據則用於分析潛藏的油氣和礦脈;地下水層定位;尋找考古遺蹟;確定冰川和土壤的厚度;評估環境復育的場址等等。

發展歷史

地球物理學在19世紀才出現,由自然地理學、地質學、天文學氣象學物理學的角度出發。然而自古以來,人類已經對地磁、地震等許多地球物理現象進行了探討。

古代

公元前240年,昔蘭尼埃拉托斯特尼推斷地球是圓的,並使用三角學夏至太陽在埃及兩地的角度測量出地球的周長。他也設計出經度、緯度系統。公元132年,發明家張衡發明了世界上最早的驗震器,或許是關於地震最早的研究。歐洲在1571年後,才由歐特費爾提出地震儀的設計,但並沒有建成。

世界上最早記載關於使用天然磁石製成的指南針,出現在北宋沈括夢溪筆談》。歐洲第一個關於指南針的紀錄則是在1190年。

現代科學的開始

威廉·吉爾伯特1600年出版的《論磁石》標誌着現代科學的開始。提出一系列精細的磁力實驗報告後,吉爾伯特推測,指南針指向北,是因為地球本身就有磁性。1687年,艾薩克·牛頓發表了《自然哲學的數學原理[2],不僅為古典力學和引力奠定了基礎,也解釋各種地球物理現象,如潮汐和歲差。詹姆斯·福布斯於1844年建造了第一台地震儀,能夠持續地記錄地震活動。

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參考文獻