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Geophysik

Teilgebiet der Physik, j das mit physik. Methoden den Planeten Erde als Objekt erforscht. Sie ist die Lehre von den physik. Zuständen und Prozessen, die auf den festen Erdkörper, die Hydrosphäre (Hydrologie) und die Atmosphäre, die Wechselbeziehungen zwischen diesen Geosphären und die extraterrestrischen Einflüsse auf diese Bezug haben. Umwelt- und Geophysik, die Wissenschaft von der Erforschung und Beschreibung des Planeten Erde mit physikalischen Methoden.

Die Bezeichnung »Geophysik« wurde in Deutschland vor etwa hundert Jahren eingeführt. Die weltweit erste Professur für Geophysik wurde 1898 an der Universität Göttingen eingerichtet und mit dem Physiker E. Wiechert besetzt. Er hat dort eine bedeutende Schule der Erdbebenforschung (Seismologie) gegründet.

Da der Erdkörper zu zwei Drittel der Oberfläche von Ozeanen bedeckt und von einer gasförmigen Atmosphäre umgeben ist und der Einflussbereich der Erde mehrere Erdradien weit in den interplanetaren Raum hinausreicht, umfasst die Geophysik im weiteren Sinne die folgenden Teilgebiete:
·              Physik des Erdkörpers;
·              Physik der Hydrosphäre oder Ozeanographie (Meeresforschung) und Hydrologie (Gewässer und Grundwasserkunde);
·              Physik der Atmosphäre oder Meteorologie;
·              Physik der Hochatmosphäre und der Magnetosphäre oder Aeronomie und extraterrestrische Physik.

Die Physik derjenigen Teilsysteme der Erde, welche die für die Menschen erfahrbare Umwelt darstellen, also Hydrosphäre, Atmosphäre, Ozeane, Kryosphäre (Glaziologie) und Boden, wird heute meist als Umweltphysik bezeichnet und bildet als solche seit 1998 einen eigenständigen Fachverband der DPG (Deutsche Physikalische Gesellschaft). Darüber hinaus wird oft auch die Physik der (erdähnlichen) Planeten der Geophysik zugerechnet.

Unter »Geophysik im engeren Sinne« versteht man im deutschen Sprachraum die Physik des Erdkörpers, die sich ihrerseits in einige Unterdisziplinen gliedert (Tabelle).

Dem entspricht auch die Gliederung der internationalen Dachorganisation für die Koordination globaler Forschungsprojekte auf dem Gebiet der Geophysik (im weiteren Sinne), der International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG) in sieben Assoziationen.

Die angewandte Geophysik ist international in der Society of Exploration Geophysicists (SEG) organisiert. Auf europäischer Ebene entspricht der IUGG die European Geophysical Society (EGS) und der SEG die European Association for Exploration Geophysicists (EAEG). Die Geophysiker in Deutschland sind in der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft (DGG) vereinigt.Aufgaben: Die grundlegenden Aufgaben der Geophysik sind die Erforschung
·              des Aufbaus und des physikalischen Stoffbestands der Erde sowie der dort ablaufenden Prozesse;
·              der Kraftfelder, die von der Erde ausgehen und sie umgeben;
·              der Einflüsse, die von anderen Himmelskörpern, insbesondere von Mond und Sonne, ausgehen und am Planeten Erde                         nachweisbar sind.

Die Geophysik ist aufgrund des Charakters ihres Forschungsobjekts in hohem Masse auf internationale und auf interdisziplinäre Zusammenarbeit mit den Nachbarfächern wie Geodäsie, Festkörperphysik, Mineralogie, Geologie, Geochemie, Lagerstättenkunde und Bergbauwissenschaften angewiesen.

Neben der Grundlagenforschung besitzt die Geophysik in der Anwendung speziell entwickelter Methoden auf oberflächennahe Objekte ein ausserordentliches wirtschaftliches Potential. Die geophysikalische Rohstoffexploration führte besonders bei der Lokalisierung kohlenstoffhaltiger geologischer Strukturen, aber auch bei anderen Lagerstätten, bei der Grundwasserexploration und neuerdings auch bei der Altlastenproblematik (Umweltgeophysik) und in der Archäologie (Archäogeophysik) zu erfolgreichen und erfolgversprechenden Anwendungen. Das weite Spektrum der Methoden der angewandten Geophysik umfasst seismische (Seismik), gravimetrische, geomagnetische (Geomagnetismus) und geoelektrische Verfahren mit Gleich- und Wechselstrom (Geoelektrik). Spezielle Sonden wurden für bohrlochgeophysikalische Messungen entwickelt (Bohrlochgeophysik). Aerogeophysikalische Messungen (Aerogeophysik; Fernerkundung) eignen sich für einen raschen, lückenlosen Überblick über physikalische Felder auch grosser Gebiete. Lokale Untersuchungen der Eigenschaften von Untergrund und Bauwerk haben in der Ingenieurgeophysik praktische Bedeutung, auch im Hinblick auf die Verminderung der Gefährdung durch Erdbeben und Bergschläge über und unter Tage.Arbeitsmethodik: Das Charakteristikum der Arbeitsweise des Geophysikers ist es, durch Vermessung physikalischer Felder an oder oberhalb der Erdoberfläche (Schwerefeld, Deformationen der Erdoberfläche, Magnetfeld, seismische Wellenfelder usw.) auf physikalische Prozesse und auf die räumliche Verteilung physikalischer Eigenschaften im Innern des Erdkörpers wie Dichte, Elastizität, Viskosität, Magnetisierung usw. zu schliessen.

Feldmessungen werden, meist in Form von Relativmessungen, entweder an wenigen Punkten der Erdoberfläche über lange Zeit durchgeführt, z.B. in seismologischen oder erdmagnetischen Observatorien, oder aber möglichst gleichzeitig an vielen Punkten, flächenhaft oder auf Profillinien an der Erdoberfläche verteilt.

Zur Auswertung müssen die Messdaten vergleichbar gemacht werden z.B. beim Schwerefeld durch »Reduktion« auf einheitliches Höhenniveau. Messdaten können auch durch Dekonvolution (Dekonvolution geophysikalischer Signale) von störenden Einflüssen befreit werden.

Dann folgt die Umsetzung der bereinigten Messdaten in Strukturmodelle mit entsprechenden physikalischen Materialparametern. Dies erfordert eine physikalische Feldtheorie und geologisch realistische Vorstellungen. Dies ist ein mathematisches Problem, das als Dateninversion bezeichnet wird. Häufig gibt es keine eindeutige Lösung.

Schliesslich kann durch Vergleich mit Daten von Labormessungen an Gesteinen unter den Bedingungen der Tiefe auf Stoffbestand und Struktur der Materie in der Erde geschlossen werden. [HB1, HM3, RVS]

Literatur:

Mit Geophysik in die Zukunft - eine Denkschrift.- Mitteilungen der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft e.V., Frankfurt; Nr.4/1996; 1996.

Geophysik: Untergliederung der Physik des Erdkörpers.

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physikalische Geodäsie und Gravimetrie	Bestimmung der Gestalt des Erdkörpers und seines Schwerefeldes  durch Satelliten, Messungen am Erdboden
Seismologie und Physik des Erdinnern	Erforschung des Vorgangs im Erdbebenherd und der Ausbreitung seismischer Wellen im Erdkörper; Gewinnung von Strukturmodellen des Erdinnern
Erdmagnetismus	Messung des Magnetfeldes der Erde  und Erforschung seiner intra- und extra- terrestrischen Ursachen
Gesteinsphysik	Labormessungen an Gesteinen und Festkörperphysik
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