地球物理学の歴史

地球内部の物理を解明することは、1880年代に最初の地震計が開発されたことによって可能になった。地球内部の層で反射された波の挙動に基づいて、波の速度の変動や特定の周波数の損失を引き起こす原因についていくつかの理論が発展した。これにより、インゲ・レーマンのような科学者が1936年に地球の核の存在を発見した。ベノ・グーテンベルクとハロルド・ジェフリーズは、圧縮と波のせん断速度による地球の密度の違いを説明することに取り組んだ。^{[ 5 ]}地震学は弾性波に基づいているため、波の速度は密度、ひいては地球内部の層の挙動を決定するのに役立つ可能性がある。^{[ 5 ]}

これらの知見に基づいて、地震波の挙動に関する命名法が考案された。P波とS波は、可能な2種類の弾性体波を記述するために使用された。^{[ 6 ]}ラブ波とレイリー波は、可能な2種類の表面波を記述するために使用された。^{[ 6 ]}

地球内部と地震学に関する知識の進歩に貢献した科学者には、エミール・ヴィーヘルト、ベノ・グーテンベルク、アンドリヤ・モホロヴィチッチ、ハロルド・ジェフリーズ、インゲ・レーマン、エドワード・ブラード、チャールズ・フランシス・リヒター、フランシス・バーチ、フランク・プレス、金森裕夫、ウォルター・エルザッサーなどが含まれます。

地球内部に関する議論の的となっているトピックの1つに、マントルプルームがあります。これは上昇するマグマであると理論づけられており、ハワイのような世界のホットスポットの原因となっています。当初の理論では、マントルプルームは一直線に上昇すると考えられていましたが、現在では、プルームが上昇する際にわずかに方向を変える可能性があるという証拠があります。^{[ 7 ]}また、イエローストーンの下にあるとされるホットスポットは、上昇するマントルプルームとは関係がない可能性があることも判明しました。この理論はまだ十分に研究されていません。^{[ 8 ]}

20 世紀後半には、プレートテクトニクス理論は、アルフレッド・ウェゲナー、モーリス・ユーイング、ロバート・S・ディーツ、ハリー・ハモンド・ヘス、ヒューゴ・ベニオフ、ウォルター・C・ピットマン 3 世、フレデリック・ヴァイン、ドラモンド・マシューズ、キース・ランコーン、ブライアン・L・アイザックス、エドワード・ブラード、ザビエル・ル・ピション、ダン・マッケンジー、 W・ジェイソン・モーガン、ジョン・トゥゾ・ウィルソンなど、多くの貢献者によって発展しました。これ以前にも、人々は大陸移動の考えを持っていましたが、20 世紀後半まで実際の証拠はありませんでした。アレクサンダー・フォン・フンボルトは19 世紀初頭に大西洋の大陸の海岸の幾何学と地質を観察しました。^{[ 9 ]}ジェームズ・ハットンとチャールズ・ライエルは、大陸のゆっくりとした移動に対処するのに役立つ漸進的変化、斉一説の考え方をもたらしました。アルフレッド・ウェゲナーは大陸移動説の先駆者であり、生涯の多くをこの理論に捧げた。彼は「パンゲア」という一つの巨大な統一大陸を提唱した。^{[ 9 ]}

大陸移​​動説が発展していた頃は、世界の海洋部分はあまり探査されておらず、大陸部分だけが探査されていました。人々が海洋に注目し始めると、地質学者たちは海底が広がっていること、そして場所によってその速度が異なることを発見しました。^{[ 9 ]}プレートが移動する主な方法は、トランスフォーム、発散、収束の 3 つです。^{[ 9 ]}また、陸地が広がり始めているリフトと呼ばれる地域も存在します。 ^{[ 10 ]}

物理海洋学の進歩は20世紀に起こった。音響測定による海底深度は1914年に初めて行われた。ドイツの「メテオ」探検隊は、1925年から1927年にかけて大西洋中央海嶺を調査し、音響測深機を用いて7万件の海底深度測定を行った。トーマス・ガスケル率いるHMS「チャレンジャー」探検隊は、 1951年に記録的な深さのチャレンジャー海淵を発見した。1953年にはモーリス・ユーイングとブルース・ヒーゼンが地球規模の大地溝帯を発見し、1954年にはソ連北極研究所が北極海下の山脈を発見した。1960年にはハリー・ハモンド・ヘスが海底拡大説を提唱した。 1966年には海洋掘削計画が開始された。海洋の状態を数値的に予測し、全体的な環境変化予測の一環として、海洋学に大規模コンピュータを応用することに重点が置かれてきた。

地球の地殻の下にある導電性の溶融金属の動き、つまり地球のダイナモが磁場の存在の原因です。磁場と太陽放射の相互作用は、地球の表面に到達する放射量と大気の健全性に影響を与えます。地球の磁極は何度か反転したことがわかっており、研究者はそれによって当時の地球の表面の状態を把握することができます。^{[ 11 ]}磁極が反転する原因は不明であり、変化の間隔は一定ではなく、変動します。^{[ 12 ]}反転は地球のマントルと関連していると考えられていますが、その正確なメカニズムについてはまだ議論が続いています。^{[ 13 ]}

地球の磁場の歪みが、オーロラ（一般に北極光と呼ばれる）という現象を引き起こします。^{[ 14 ]}磁場は、太陽風として知られる宇宙粒子から与えられたエネルギーを蓄積し、磁力線を膨張させます。^{[ 14 ]}磁力線が収縮すると、このエネルギーが放出され、それが北極光として観測されます。^{[ 14 ]}

地球の気候は、惑星の大気組成、太陽の光度、および壊滅的な出来事の発生により、時間の経過とともに変化する。^{[ 15 ]： 75}

大気の組成は、地球表面で活動する生物学的メカニズムに影響を与え、また影響を受けます。生物は呼吸と光合成によって酸素と二酸化炭素の量に影響を与えます。また、固定、硝化、脱窒によって窒素のレベルにも影響を与えます。^{[ 16 ]}海洋は大気から二酸化炭素を吸収することができますが、これは水中に存在する窒素とリンのレベルによって異なります。^{[ 17 ] : 57}人間も、工業副産物、森林破壊、自動車によって地球の大気の組成を変える役割を果たしてきました。

太陽の光度は、そのライフサイクルが進むにつれて増加し、数百万年にわたって観測される。太陽表面には黒点が形成されることがあり、それが地球が受ける放射量の変動を大きくする可能性がある。^{[ 15 ]： 69}

火山は、2 つのプレートが衝突し、一方が他方の下に沈み込むときに形成されます。^{[ 18 ]}そのため、火山はほとんどのプレート境界に沿って形成されます。環太平洋火山帯はその一例です。^{[ 19 ]}プレート境界に沿った火山の研究により、噴火と気候の間に相関関係があることが示されています。アラン・ロボックは、火山活動が気候に影響を与え、何年にもわたって地球の寒冷化につながる可能性があると理論づけています。^{[ 20 ]}火山噴火に基づく有力な考えは、火山から放出される二酸化硫黄が、噴火後の大気の冷却に大きな影響を与えるというものです。^{[ 21 ]}

大きな天体、一般的には小惑星の衝突は、衝撃波を発生させ、空気を押し出し、塵を大気中に拡散させ、太陽光を遮断します。^{[ 22 ]} これにより地球が寒冷化し、多くの種の死や絶滅につながる可能性があります。

地球物理学の産業応用は、1920年代の石油探査・採掘需要によって発展した。その後、石油、鉱業、地下水に関する地球物理学の技術は向上した。1990年代には、地震災害の最小化や地震多発地域における土壌・地盤調査が、地球物理工学の新たな応用分野として登場した。

地震学は鉱業において、採掘プロセスによって引き起こされた、またはそれに影響を与えた可能性のある事象を読み取り、モデルを構築するために使用されています。^{[ 23 ]}これにより、科学者は当該地域での採掘に関連する危険を予測することができます。^{[ 23 ]}

鉱業と同様に、地震波は地球の地下のモデルを作成するために使用されます。トラップと呼ばれる地質学的特徴は、一般的に石油の存在を示すものであり、モデルから特定され、掘削に適した場所を決定するために使用できます。^{[ 24 ]}

地下水は、産業や廃棄物処理から発生する汚染に対して非常に脆弱です。淡水源の水質を維持するために、地下水深度マップが作成され、汚染源の位置と比較されます。^{[ 25 ]}

• Good, Gregory A. (2000). 「地球物理学の集合体：合意形成の枠組みとしての科学分野」. Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics . 31 (3): 259–292 . Bibcode : 2000SHPMP..31..259G . doi : 10.1016/S1355-2198(00)00018-6 .
• シュレーダー、W. (2010)。 「地球物理学の歴史」。Acta Geodaetica と Geophysica Hungarica。45 (2): 253–261。土井: 10.1556/AGeod.45.2010.2.9。S2CID 122239663。