Geofisika adalah subjek ilmu pengetahuan alam yang berkaitan dengan proses fisik dan sifat fisik Bumi dan lingkungan ruang angkasa di sekitarnya, serta penggunaan metode kuantitatif untuk analisisnya. Ahli geofisika, yang biasanya mempelajari geofisika, fisika, atau salah satu ilmu bumi di tingkat pascasarjana, menyelesaikan penyelidikan di berbagai disiplin ilmu. Istilah geofisika secara klasik mengacu pada aplikasi bumi padat: Bentuk bumi; medan gravitasi, medan magnet, dan medan elektromagnetiknya; struktur dan komposisi internalnya; dinamika dan ekspresi permukaannya dalam lempeng tektonik, pembentukan magma, vulkanisme, dan pembentukan batuan.
Namun, organisasi geofisika modern dan para ilmuwan murni menggunakan definisi yang lebih luas yang mencakup siklus air termasuk salju dan es; dinamika fluida samudra dan atmosfer; kelistrikan dan kemagnetan di ionosfer dan magnetosfer serta fisika surya-terestrial; dan masalah analog yang terkait dengan Bulan dan planet-planet lainnya.
Meskipun geofisika baru diakui sebagai disiplin ilmu yang terpisah pada abad ke-19, namun asal-usulnya sudah ada sejak zaman dahulu kala. Kompas magnetik pertama dibuat dari batu lodestones, sementara kompas magnetik yang lebih modern memainkan peran penting dalam sejarah navigasi. Instrumen seismik pertama dibuat pada tahun 132 Masehi. Isaac Newton menerapkan teori mekanikanya pada pasang surut dan presesi ekuinoks; dan instrumen dikembangkan untuk mengukur bentuk, kepadatan, dan medan gravitasi Bumi, serta komponen siklus air. Pada abad ke-20, metode geofisika dikembangkan untuk eksplorasi jarak jauh dari Bumi yang padat dan lautan, dan geofisika memainkan peran penting dalam pengembangan teori lempeng tektonik.
Geofisika diterapkan untuk kebutuhan masyarakat, seperti sumber daya mineral, mitigasi bahaya alam, dan perlindungan lingkungan. Dalam geofisika eksplorasi, data survei geofisika digunakan untuk menganalisis reservoir minyak bumi potensial dan deposit mineral, menemukan air tanah, menemukan peninggalan arkeologi, menentukan ketebalan gletser dan tanah, dan menilai lokasi untuk perbaikan lingkungan.
Fenomena fisik
Geofisika adalah subjek yang sangat interdisipliner, dan ahli geofisika berkontribusi pada setiap bidang ilmu Bumi, sementara beberapa ahli geofisika melakukan penelitian di bidang ilmu planet. Untuk memberikan gambaran yang lebih jelas mengenai apa yang dimaksud dengan geofisika, bagian ini menjelaskan fenomena yang dipelajari dalam fisika dan bagaimana hubungannya dengan Bumi dan sekitarnya. Ahli geofisika juga menyelidiki proses fisik dan sifat Bumi, lapisan fluida, dan medan magnetnya, serta lingkungan dekat Bumi di Tata Surya, yang meliputi benda-benda planet lainnya.
Gravitasi
Tarikan gravitasi Bulan dan Matahari menyebabkan terjadinya dua kali pasang dan dua kali surut setiap hari lunar, atau setiap 24 jam 50 menit. Oleh karena itu, ada jeda 12 jam 25 menit antara setiap pasang dan surut. Gaya gravitasi membuat batuan menekan batuan yang lebih dalam, meningkatkan densitasnya seiring dengan bertambahnya kedalaman.
Pengukuran percepatan gravitasi dan potensial gravitasi di permukaan bumi dan di atasnya dapat digunakan untuk mencari endapan mineral (lihat anomali gravitasi dan gravimetri). Medan gravitasi permukaan memberikan informasi tentang dinamika lempeng tektonik. Permukaan geopotensial yang disebut geoid adalah salah satu definisi dari bentuk Bumi. Geoid akan menjadi permukaan laut rata-rata global jika lautan berada dalam kesetimbangan dan dapat diperpanjang melalui benua (seperti dengan terusan yang sangat sempit).
Aliran panas
Bumi mendingin, dan aliran panas yang dihasilkan menghasilkan medan magnet Bumi melalui geodinamika dan lempeng tektonik melalui konveksi mantel. Sumber utama panas adalah: panas purba akibat pendinginan Bumi dan radioaktivitas di kerak atas planet. Ada juga beberapa kontribusi dari transisi fase. Panas sebagian besar dibawa ke permukaan melalui konveksi termal, meskipun ada dua lapisan batas termal - batas inti-mantel dan litosfer - di mana panas diangkut melalui konduksi. Beberapa panas dibawa naik dari bagian bawah mantel oleh bulu-bulu mantel. Aliran panas di permukaan bumi sekitar 4,2 × 1013 W, dan ini merupakan sumber energi panas bumi yang potensial.
Getaran
Gelombang seismik adalah getaran yang menjalar melalui interior Bumi atau sepanjang permukaannya. Seluruh Bumi juga dapat berosilasi dalam bentuk yang disebut mode normal atau osilasi bebas Bumi. Gerakan tanah dari gelombang atau mode normal diukur dengan menggunakan seismograf. Jika gelombang berasal dari sumber yang terlokalisasi seperti gempa bumi atau ledakan, pengukuran di lebih dari satu lokasi dapat digunakan untuk menemukan sumbernya. Lokasi gempa bumi memberikan informasi tentang lempeng tektonik dan konveksi mantel.
Perekaman gelombang seismik dari sumber yang terkontrol memberikan informasi mengenai wilayah yang dilalui gelombang tersebut. Jika densitas atau komposisi batuan berubah, gelombang akan dipantulkan. Pantulan yang direkam menggunakan Seismologi Refleksi dapat memberikan banyak informasi tentang struktur bumi hingga kedalaman beberapa kilometer dan digunakan untuk meningkatkan pemahaman kita tentang geologi serta mengeksplorasi minyak dan gas bumi. Perubahan arah perjalanan, yang disebut pembiasan, dapat digunakan untuk menyimpulkan struktur bumi yang lebih dalam.
Gempa bumi menimbulkan risiko bagi manusia. Memahami mekanismenya, yang bergantung pada jenis gempa bumi (misalnya, intraplate atau fokus dalam), dapat menghasilkan estimasi yang lebih baik tentang risiko gempa bumi dan perbaikan dalam rekayasa gempa bumi.
Listrik
Meskipun kita terutama memperhatikan listrik selama badai petir, selalu ada medan listrik ke bawah di dekat permukaan yang rata-rata 120 volt per meter. Sehubungan dengan Bumi yang padat, ionisasi atmosfer planet ini adalah hasil dari sinar kosmik galaksi yang menembusnya, yang meninggalkannya dengan muatan positif bersih. Arus sekitar 1.800 ampere mengalir di sirkuit global. Arus ini mengalir ke bawah dari ionosfer di sebagian besar Bumi dan kembali ke atas melalui badai petir. Aliran ini dimanifestasikan oleh petir di bawah awan dan sprite di atas.
Berbagai metode elektrik digunakan dalam survei geofisika. Beberapa mengukur potensi spontan, potensi yang muncul di dalam tanah karena gangguan buatan manusia atau alam. Arus tellurik mengalir di Bumi dan lautan. Arus ini memiliki dua penyebab: induksi elektromagnetik oleh medan geomagnet yang bervariasi dan berasal dari luar, dan gerakan benda penghantar (seperti air laut) melintasi medan magnet permanen Bumi. Distribusi kerapatan arus tellurik dapat digunakan untuk mendeteksi variasi resistivitas listrik struktur bawah tanah. Ahli geofisika juga dapat menyediakan arus listrik sendiri (lihat polarisasi terinduksi dan tomografi resistivitas listrik).
Gelombang elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik terjadi di ionosfer dan magnetosfer serta di inti luar Bumi. Paduan suara fajar diyakini disebabkan oleh elektron berenergi tinggi yang terperangkap dalam sabuk radiasi Van Allen. Siulan dihasilkan oleh sambaran petir. Desisan dapat dihasilkan oleh keduanya. Gelombang elektromagnetik juga dapat dihasilkan oleh gempa bumi (lihat seismo-elektromagnetik).
Pada besi cair yang sangat konduktif dari inti luar, medan magnet dihasilkan oleh arus listrik melalui induksi elektromagnetik. Gelombang Alfvén adalah gelombang magnetohidrodinamik di magnetosfer atau inti bumi. Di dalam inti, gelombang ini mungkin memiliki sedikit efek yang dapat diamati pada medan magnet Bumi, tetapi gelombang yang lebih lambat seperti gelombang Rossby magnetik dapat menjadi salah satu sumber variasi sekuler geomagnetik.
Metode elektromagnetik yang digunakan untuk survei geofisika meliputi elektromagnetik transien, magnetotellurik, resonansi magnetik nuklir permukaan, dan penebangan dasar laut elektromagnetik.
Magnetisme
Medan magnet Bumi melindungi Bumi dari angin matahari yang mematikan dan telah lama digunakan untuk navigasi. Medan magnet ini berasal dari gerakan fluida inti luar. Medan magnet di atmosfer bagian atas memunculkan aurora. Diagram dengan garis-garis medan, sumbu, dan garis magnet.
Sumbu dipol Bumi (garis merah muda) dimiringkan menjauhi sumbu rotasi (garis biru).
Medan bumi secara kasar seperti dipol miring, tetapi berubah seiring waktu (fenomena yang disebut variasi sekuler geomagnetik). Sebagian besar kutub geomagnet tetap berada di dekat kutub geografis, tetapi pada interval acak rata-rata 440.000 hingga satu juta tahun, polaritas medan Bumi berbalik. Pembalikan geomagnet ini, yang dianalisis dalam Skala Waktu Polaritas Geomagnet, berisi 184 interval polaritas dalam 83 juta tahun terakhir, dengan perubahan frekuensi dari waktu ke waktu, dengan pembalikan singkat peristiwa Laschamp yang terbaru terjadi 41.000 tahun yang lalu pada periode glasial terakhir.
Para ahli geologi mengamati pembalikan geomagnet yang terekam dalam batuan vulkanik, melalui korelasi magnetostratigrafi (lihat magnetisasi remanen alami) dan ciri-cirinya dapat dilihat sebagai garis-garis anomali magnetik linier paralel di dasar laut. Garis-garis ini memberikan informasi kuantitatif tentang penyebaran dasar laut, yang merupakan bagian dari lempeng tektonik. Garis-garis ini merupakan dasar dari tetapi pada interval acak rata-rata 440.000 hingga satu juta tahun, polaritas medan Bumi berbalik.
Pembalikan geomagnet ini, yang dianalisis dalam Skala Waktu Polaritas Geomagnet, berisi 184 interval polaritas dalam 83 juta tahun terakhir, dengan perubahan frekuensi dari waktu ke waktu, dengan pembalikan singkat peristiwa Laschamp yang terbaru terjadi 41.000 tahun yang lalu pada periode glasial terakhir. Para ahli geologi mengamati pembalikan geomagnet yang terekam dalam batuan vulkanik, melalui korelasi magnetostratigrafi (lihat magnetisasi remanen alami) dan ciri-cirinya dapat dilihat sebagai garis-garis anomali magnetik linier paralel di dasar laut. Garis-garis ini memberikan informasi kuantitatif tentang penyebaran dasar laut, yang merupakan bagian dari lempeng tektonik.
li