الجيوفيزياء

تُسبب جاذبية القمر والشمس حدوث مدّين وجزرين كل يوم قمري، أو كل 24 ساعة و50 دقيقة. ولذلك، توجد فجوة زمنية قدرها 12 ساعة و25 دقيقة بين كل مدّ وبين كل جزر. ^{[ 7 ]}

تُؤدي قوى الجاذبية إلى ضغط الصخور على الصخور الأعمق، مما يزيد من كثافتها مع ازدياد العمق. ^{[ 8 ]} يُمكن استخدام قياسات التسارع الجاذبي والجهد الجاذبي على سطح الأرض وفوقه للبحث عن رواسب معدنية (انظر شذوذ الجاذبية والقياس الجاذبي ). ^{[ 9 ] [ 10 ]} يُوفر مجال الجاذبية السطحي معلومات حول ديناميكيات الصفائح التكتونية . يُعد سطح الجهد الجيوبوتنشالي ، المعروف باسم الجيود، أحد تعريفات شكل الأرض. سيكون الجيود هو متوسط ​​مستوى سطح البحر العالمي إذا كانت المحيطات في حالة توازن، ويمكن تمديده عبر القارات (كما هو الحال مع القنوات الضيقة جدًا). ^{​​[ 11 ] [ 10 ]}

الموجات الزلزالية هي اهتزازات تنتقل عبر باطن الأرض أو على سطحها. ^{[ 12 ]} كما يمكن للأرض بأكملها أن تتذبذب بأشكال تُسمى الأنماط الطبيعية أو التذبذبات الحرة للأرض . تُقاس حركات الأرض الناتجة عن الموجات أو الأنماط الطبيعية باستخدام أجهزة قياس الزلازل . إذا كانت الموجات ناتجة عن مصدر محلي، مثل زلزال أو انفجار، فيمكن استخدام القياسات في أكثر من موقع لتحديد موقع المصدر. توفر مواقع الزلازل معلومات عن تكتونية الصفائح وحركة الحمل الحراري في الوشاح. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

يُتيح تسجيل الموجات الزلزالية من مصادر مُتحكَّم بها معلوماتٍ عن المنطقة التي تنتقل عبرها هذه الموجات. عند تغير كثافة الصخور أو تركيبها، تنعكس الموجات. ويمكن أن تُوفِّر الانعكاسات المُسجَّلة باستخدام علم الزلازل الانعكاسي معلوماتٍ قيّمة عن بنية الأرض حتى أعماق تصل إلى عدة كيلومترات، وتُستخدم لتعزيز فهمنا للجيولوجيا، فضلاً عن التنقيب عن النفط والغاز. ^{[ 9 ]} ويمكن استخدام التغيرات في اتجاه انتقال الموجات، والتي تُسمى الانكسار ، لاستنتاج البنية العميقة للأرض . ^{[ 14 ]}

تشكل الزلازل خطراً على البشر . إن فهم آلياتها، التي تعتمد على نوع الزلزال (مثل الزلزال داخل الصفيحة أو الزلزال العميق )، يمكن أن يؤدي إلى تقديرات أفضل لمخاطر الزلازل وتحسينات في هندسة الزلازل . ^{[ 15 ]}

يوجد دائمًا مجال كهربائي هابط بالقرب من سطح الأرض، يبلغ متوسطه 120 فولتًا لكل متر. ^{[ 16 ]} تؤدي الأشعة الكونية المجرية التي تخترق الغلاف الجوي إلى تأينه بالنسبة للأرض الصلبة، مما يجعله يحمل شحنة موجبة صافية. ^{[ 17 ]} يسري تيار كهربائي بقوة 1800 أمبير تقريبًا في الدائرة العالمية. ^{[ 16 ]} يتدفق هذا التيار هابطًا من طبقة الأيونوسفير فوق معظم أنحاء الأرض، ثم يعود صعودًا عبر العواصف الرعدية. ويتجلى هذا التدفق في البرق أسفل السحب والظواهر الضوئية العابرة في الأعلى.

تُستخدم طرق كهربائية متنوعة في المسح الجيوفيزيائي. يقيس بعضها الجهد التلقائي ، وهو جهد ينشأ في باطن الأرض نتيجة اضطرابات بشرية أو طبيعية. تتدفق التيارات الأرضية في الأرض والمحيطات، ولها سببان: الحث الكهرومغناطيسي الناتج عن المجال المغناطيسي الأرضي المتغير مع الزمن ذي المنشأ الخارجي، وحركة الأجسام الموصلة (مثل مياه البحر) عبر المجال المغناطيسي الدائم للأرض. ^{[ 18 ]} يمكن استخدام توزيع كثافة التيار الأرضي للكشف عن تغيرات المقاومة الكهربائية للهياكل تحت الأرض. كما يمكن للجيوفيزيائيين توليد التيار الكهربائي بأنفسهم (انظر الاستقطاب المستحث والتصوير المقطعي للمقاومة الكهربائية ).

توجد الموجات الكهرومغناطيسية في طبقة الأيونوسفير والغلاف المغناطيسي، وكذلك في اللب الخارجي للأرض . يُعتقد أن أصوات جوقة الفجر ناتجة عن إلكترونات عالية الطاقة تُحاصر في حزام فان ألين الإشعاعي . أما أصوات الصفير فتنتج عن ضربات البرق . وقد ينتج صوت الهسهسة عن كليهما. كما يمكن أن تتولد الموجات الكهرومغناطيسية بفعل الزلازل (انظر علم الزلازل الكهرومغناطيسي ).

في الحديد السائل عالي التوصيل في اللب الخارجي للأرض، تتولد المجالات المغناطيسية بفعل التيارات الكهربائية من خلال الحث الكهرومغناطيسي. موجات ألفين هي موجات مغناطيسية هيدروديناميكية في الغلاف المغناطيسي أو لب الأرض. في اللب، من المحتمل أن يكون تأثيرها ضئيلاً على المجال المغناطيسي للأرض، لكن الموجات الأبطأ، مثل موجات روسبي المغناطيسية ، قد تكون أحد مصادر التغيرات العلمانية المغناطيسية الأرضية . ^{[ 19 ]}

تشمل الطرق الكهرومغناطيسية المستخدمة في المسح الجيوفيزيائي الكهرومغناطيسية العابرة ، والمغناطيسية الأرضية ، والرنين المغناطيسي النووي السطحي ، وتسجيل قاع البحر الكهرومغناطيسي. ^{[ 20 ]}

يحمي المجال المغناطيسي للأرض كوكبنا من الرياح الشمسية المدمرة ، وقد استُخدم منذ القدم في الملاحة. وينشأ هذا المجال من حركات السوائل في اللب الخارجي للأرض. ^{[ 19 ]} أما المجال المغناطيسي في الغلاف الجوي العلوي فيُسبب ظاهرة الشفق القطبي . ^{[ 21 ]}

يشبه المجال المغناطيسي للأرض ثنائي قطب مائل تقريبًا ، ولكنه يتغير بمرور الزمن (وهي ظاهرة تُعرف بالتغير العلماني المغناطيسي الأرضي). في الغالب، يبقى القطب المغناطيسي الأرضي قريبًا من القطب الجغرافي ، ولكن على فترات عشوائية يتراوح متوسطها بين 440,000 ومليون سنة تقريبًا، ينعكس قطب المجال المغناطيسي للأرض. تحتوي هذه الانعكاسات المغناطيسية الأرضية ، التي تم تحليلها ضمن مقياس زمني للقطبية المغناطيسية الأرضية ، على 184 فترة قطبية خلال الـ 83 مليون سنة الماضية، مع تغير في التردد بمرور الوقت، وكان آخر انعكاس كامل وجيز لحدث لاسشامب قد حدث قبل 41,000 سنة خلال العصر الجليدي الأخير . لاحظ الجيولوجيون انعكاسًا مغناطيسيًا أرضيًا مسجلًا في الصخور البركانية، من خلال ربط الطبقات المغناطيسية (انظر المغنطة المتبقية الطبيعية )، ويمكن رؤية بصمتها على شكل خطوط شذوذ مغناطيسي خطية متوازية على قاع البحر. توفر هذه الخطوط معلومات كمية عن اتساع قاع البحر ، وهو جزء من تكتونية الصفائح. وهي أساس علم المغناطيسية الطبقية ، الذي يربط الانعكاسات المغناطيسية بالطبقات الأخرى لبناء مقاييس زمنية جيولوجية. ^{[ 23 ]} بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام التمغنط في الصخور لقياس حركة القارات. ^{[ 19 ]}

يُشكّل التحلل الإشعاعي حوالي 80% من حرارة باطن الأرض ، مما يُغذي الدينامو الأرضي وحركة الصفائح التكتونية. ^{[ 24 ]} وتشمل النظائر الرئيسية المُنتجة للحرارة البوتاسيوم-40 ، واليورانيوم-238 ، واليورانيوم-235، والثوريوم -232 . ^{[ 25 ]} وتُستخدم العناصر المشعة في التأريخ الإشعاعي ، وهو الأسلوب الأساسي لتحديد مقياس زمني مطلق في علم التأريخ الجيولوجي .

تتحلل النظائر غير المستقرة بمعدلات يمكن التنبؤ بها، وتتفاوت معدلات تحلل النظائر المختلفة على نطاق واسع، لذا يمكن استخدام التحلل الإشعاعي لتحديد تواريخ الأحداث الحديثة والأحداث التي وقعت في العصور الجيولوجية الماضية بدقة . ^{[ 26 ]} ويمكن استخدام المسح الإشعاعي باستخدام مطيافية أشعة غاما الأرضية والجوية لرسم خرائط تركيز وتوزيع النظائر المشعة بالقرب من سطح الأرض، وهو أمر مفيد لرسم خرائط الليثولوجيا والتغيرات الجيولوجية. ^{[ 27 ] [ 28 ]}

تحدث حركات السوائل في الغلاف المغناطيسي والغلاف الجوي والمحيطات والوشاح واللب. حتى الوشاح، على الرغم من لزوجته الهائلة ، يتدفق كسائل على مدى فترات زمنية طويلة. ينعكس هذا التدفق في ظواهر مثل التوازن الأرضي ، والارتداد ما بعد الجليدي ، وأعمدة الوشاح . يحرك تدفق الوشاح حركة الصفائح التكتونية، بينما يحرك التدفق في لب الأرض الدينامو الأرضي. ^{[ 19 ]}

تُعدّ ديناميكيات الموائع الجيوفيزيائية أداةً أساسيةً في علم المحيطات الفيزيائي وعلم الأرصاد الجوية . ولدوران الأرض تأثيراتٌ بالغةٌ على ديناميكيات موائعها، ويعود ذلك غالبًا إلى تأثير كوريوليس . ففي الغلاف الجوي، يُولّد هذا الدوران أنماطًا واسعة النطاق كموجات روسبي ، ويُحدّد أنماط الدوران الأساسية للعواصف. أما في المحيط، فيُحرّك أنماط دوران واسعة النطاق، بالإضافة إلى موجات كلفن ودوامات إيكمان على سطح المحيط. ^{[ 29 ]} وفي لبّ الأرض، يتشكّل دوران الحديد المنصهر بفعل أعمدة تايلور . ^{[ 19 ]}

يمكن نمذجة الموجات والظواهر الأخرى في الغلاف المغناطيسي باستخدام الديناميكا المغناطيسية المائية .

تبرد الأرض، ويولد التدفق الحراري الناتج المجال المغناطيسي للأرض عبر الدينامو الأرضي ، وحركة الصفائح التكتونية عبر تيارات الحمل الحراري في الوشاح . ^{[ 30 ]} المصادر الرئيسية للحرارة هي: الحرارة البدائية الناتجة عن تبريد الأرض، والنشاط الإشعاعي في القشرة العلوية للكوكب. ^{[ 31 ]} كما تُساهم التحولات الطورية في هذه الحرارة . تنتقل الحرارة في الغالب إلى السطح عن طريق الحمل الحراري ، على الرغم من وجود طبقتين حدوديتين حراريتين - حدود اللب والوشاح، والغلاف الصخري - حيث تنتقل الحرارة بالتوصيل . [ ^{32 ] وتنتقل} بعض الحرارة من أسفل الوشاح بواسطة أعمدة الوشاح . يبلغ التدفق الحراري على سطح الأرض حوالي 4.2 × 10¹³ ^واط ، وهو مصدر محتمل للطاقة الحرارية الأرضية . ^{[ 33 ]}

لا بد من فهم الخصائص الفيزيائية للمعادن لاستنتاج تركيب باطن الأرض من علم الزلازل ، والتدرج الحراري الأرضي ، ومصادر المعلومات الأخرى. يدرس علماء فيزياء المعادن الخصائص المرنة للمعادن؛ ومخططات أطوارها تحت الضغط العالي ، ونقاط انصهارها، ومعادلات حالتها عند الضغط العالي؛ والخصائص الريولوجية للصخور، أو قدرتها على التدفق. يُتيح تشوه الصخور بفعل الزحف إمكانية التدفق، على الرغم من أن الصخور تكون هشة على المدى القصير. تتأثر لزوجة الصخور بدرجة الحرارة والضغط، وبالتالي، تحدد معدلات حركة الصفائح التكتونية. ^{[ 8 ]}

الماء مادة بالغة التعقيد، وخصائصه الفريدة ضرورية للحياة. ^{[ 34 ]} تُشكّل خصائصه الفيزيائية الغلاف المائي ، وهي جزء أساسي من دورة الماء والمناخ . وتُحدّد خصائصه الديناميكية الحرارية التبخر والتدرج الحراري في الغلاف الجوي . وتتضمن أنواع الهطول المتعددة مزيجًا معقدًا من العمليات، مثل الاندماج والتبريد الفائق والتشبع الفائق . [ ^{35 ] يتحول} بعض الماء المتساقط إلى مياه جوفية ، ويشمل تدفق المياه الجوفية ظواهر مثل الترشيح ، بينما تجعل موصلية الماء الطرق الكهربائية والكهرومغناطيسية مفيدة لتتبع تدفق المياه الجوفية. وللخصائص الفيزيائية للماء، مثل الملوحة، تأثير كبير على حركته في المحيطات. ^{[ 29 ]}

تشكل المراحل العديدة للجليد الغلاف الجليدي وتأتي بأشكال مثل الصفائح الجليدية والأنهار الجليدية والجليد البحري وجليد المياه العذبة والثلج والأرض المتجمدة (أو التربة الصقيعية ). ^{[ 36 ]}

خلافًا للاعتقاد الشائع، فإن الأرض ليست كروية تمامًا، بل تتخذ شكلًا بيضاويًا في الغالب ، وهو ناتج عن قوى الطرد المركزي التي تولدها الكوكب بسبب حركته المستمرة. ^{[ 37 ]} تتسبب هذه القوى في انتفاخ قطر الكوكب باتجاه خط الاستواء ، مما ينتج عنه الشكل البيضاوي . ^{[ 37 ] [ 10 ]} يتغير شكل الأرض باستمرار، ويمكن لعوامل مختلفة، بما في ذلك الارتداد المتساوي للجليد (ذوبان الصفائح الجليدية الكبيرة مما يؤدي إلى ارتداد قشرة الأرض نتيجة لانخفاض الضغط ^{[ 38 ]} )، والخصائص الجيولوجية كالجبال والخنادق المحيطية ، وديناميكيات الصفائح التكتونية ، والكوارث الطبيعية ، أن تزيد من تشويه شكل الكوكب. ^{[ 37 ]}

تُدمج الأدلة المستقاة من علم الزلازل ، وتدفق الحرارة على السطح، وفيزياء المعادن مع كتلة الأرض وعزم قصورها الذاتي لاستنتاج تركيب وكثافة ودرجة حرارة وضغط باطن الأرض. فعلى سبيل المثال، يبلغ متوسط ​​الكثافة النوعية للأرض ( 5.515 ) أعلى بكثير من الكثافة النوعية النموذجية للصخور على السطح ( 2.7-3.3 )، مما يشير إلى أن المواد الموجودة في الأعماق أكثر كثافة. ويتضح ذلك أيضًا من خلال انخفاض عزم قصورها الذاتي ( 0.33 MR² ^، مقارنةً بـ 0.4 MR² لكرة ذات كثافة ثابتة ⁾ . ومع ذلك، فإن جزءًا من زيادة الكثافة ناتج عن الانضغاط تحت الضغوط الهائلة داخل الأرض. ويمكن حساب تأثير الضغط باستخدام معادلة آدمز-ويليامسون . والخلاصة هي أن الضغط وحده لا يُفسر الزيادة في الكثافة. وبدلًا من ذلك، نعلم أن لب الأرض يتكون من سبيكة من الحديد ومعادن أخرى. ^{[ 8 ]}

تُظهر عمليات إعادة بناء الموجات الزلزالية في باطن الأرض العميق عدم وجود موجات ثانوية (S-waves) في اللب الخارجي. وهذا يدل على أن اللب الخارجي سائل، لأن السوائل لا تتحمل القص. اللب الخارجي سائل، وحركة هذا السائل عالي التوصيل تُولّد المجال المغناطيسي للأرض. أما اللب الداخلي للأرض ، فهو صلب بسبب الضغط الهائل. ^{[ 11 ]}

تشير إعادة بناء الانعكاسات الزلزالية في باطن الأرض إلى وجود فواصل رئيسية في سرعات الموجات الزلزالية، والتي تحدد المناطق الرئيسية للأرض: اللب الداخلي ، واللب الخارجي ، والوشاح، والغلاف الصخري، والقشرة . وينقسم الوشاح نفسه إلى الوشاح العلوي ، والمنطقة الانتقالية، والوشاح السفلي، وطبقة D′′ . ويقع انقطاع موهوروفيتشيتش بين القشرة والوشاح . ^{[ 11 ]}

لا يُحدد النموذج الزلزالي للأرض وحده تركيب طبقاتها. وللحصول على نموذج كامل للأرض، يلزم علم فيزياء المعادن لتفسير السرعات الزلزالية من حيث التركيب. وتعتمد خصائص المعادن على درجة الحرارة، لذا يجب تحديد التدرج الحراري الأرضي أيضًا. ويتطلب ذلك نظرية فيزيائية للتوصيل الحراري والحمل الحراري، بالإضافة إلى مساهمة العناصر المشعة في الحرارة . يُعد النموذج المرجعي الأولي للأرض (PREM) النموذج الرئيسي للبنية الشعاعية لباطن الأرض . وقد تم تحديث بعض أجزاء هذا النموذج بناءً على نتائج حديثة في فيزياء المعادن (انظر ما بعد البيروفسكايت )، واستُكملت بالتصوير المقطعي الزلزالي . يتكون الوشاح بشكل أساسي من السيليكات ، وتتوافق الحدود بين طبقاته مع التحولات الطورية. ^{[ 8 ]}

يتصرف الوشاح كجسم صلب بالنسبة للموجات الزلزالية، لكن تحت ضغط ودرجات حرارة عالية، يتشوه بحيث يتصرف على مدى ملايين السنين كسائل. وهذا ما يجعل حركة الصفائح التكتونية ممكنة.

إذا كان المجال المغناطيسي لكوكب ما قويًا بما يكفي، فإن تفاعله مع الرياح الشمسية يُشكّل غلافًا مغناطيسيًا. وقد رسمت المجسات الفضائية المبكرة خرائط الأبعاد الإجمالية للمجال المغناطيسي للأرض، والذي يمتد حوالي عشرة أضعاف نصف قطر الأرض باتجاه الشمس. وتتدفق الرياح الشمسية، وهي عبارة عن تيار من الجسيمات المشحونة، خارجًا وحول المجال المغناطيسي للأرض، وتستمر خلف الذيل المغناطيسي ، لمسافة مئات من أنصاف أقطار الأرض في اتجاه التيار. وداخل الغلاف المغناطيسي، توجد مناطق كثيفة نسبيًا من جسيمات الرياح الشمسية تُسمى أحزمة فان ألين الإشعاعية. ^{[ 21 ]}

تُجرى القياسات الجيوفيزيائية عادةً في زمان ومكان محددين. أما القياسات الدقيقة للموقع، إلى جانب تشوه الأرض والجاذبية، فهي من اختصاص علم الجيوديسيا . ورغم أن الجيوديسيا والجيوفيزياء مجالان منفصلان، إلا أنهما مرتبطان ارتباطًا وثيقًا لدرجة أن العديد من المنظمات العلمية، مثل الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي ، والاتحاد الجيوفيزيائي الكندي ، والاتحاد الدولي للجيوديسيا والجيوفيزياء، تضم كلا المجالين. ^{[ 39 ]}

تُحدد المواقع المطلقة في أغلب الأحيان باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). يُحسب الموقع ثلاثي الأبعاد باستخدام بيانات من أربعة أقمار صناعية مرئية أو أكثر، ويُنسب إلى نظام الإسناد الجيوديسي لعام 1980. وهناك بديل، هو علم الفلك البصري ، الذي يجمع بين الإحداثيات الفلكية ومتجه الجاذبية المحلي للحصول على الإحداثيات الجيوديسية. توفر هذه الطريقة الموقع بإحداثيين فقط، وهي أكثر صعوبة في الاستخدام من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). مع ذلك، فهي مفيدة لقياس حركات الأرض مثل التذبذب والترنح . ويمكن تحديد المواقع النسبية لنقطتين أو أكثر باستخدام قياس التداخل ذي الخط الأساسي الطويل جدًا . ^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]}

أصبحت قياسات الجاذبية جزءًا من علم الجيوديسيا نظرًا للحاجة إليها لربط القياسات على سطح الأرض بنظام الإحداثيات المرجعي. ويمكن إجراء قياسات الجاذبية على اليابسة باستخدام أجهزة قياس الجاذبية المثبتة على السطح أو التي تُنقل بواسطة طائرات الهليكوبتر. ومنذ ستينيات القرن الماضي، يُقاس مجال جاذبية الأرض بتحليل حركة الأقمار الصناعية. كما يمكن قياس مستوى سطح البحر بواسطة الأقمار الصناعية باستخدام قياس الارتفاع بالرادار ، مما يُسهم في الحصول على خريطة جيود أكثر دقة . ^{[ 39 ]} في عام 2002، أطلقت وكالة ناسا تجربة استعادة الجاذبية والمناخ (GRACE)، حيث يقوم قمران صناعيان توأمان برسم خرائط لتغيرات مجال جاذبية الأرض من خلال قياس المسافة بينهما باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ونظام تحديد المدى بالموجات الدقيقة. وتشمل تغيرات الجاذبية التي رصدتها GRACE تلك الناجمة عن تغيرات التيارات المحيطية، والجريان السطحي، واستنزاف المياه الجوفية، وذوبان الصفائح الجليدية والأنهار الجليدية. ^{[ 42 ]}

أتاحت الأقمار الصناعية في الفضاء إمكانية جمع البيانات ليس فقط من منطقة الضوء المرئي، بل من مناطق أخرى في الطيف الكهرومغناطيسي . ويمكن وصف الكواكب من خلال مجالات قواها: الجاذبية ومجالاتها المغناطيسية ، والتي تُدرس عبر الجيوفيزياء وفيزياء الفضاء.

أتاح قياس التغيرات في التسارع التي تتعرض لها المركبات الفضائية أثناء دورانها رسم خرائط دقيقة لحقول جاذبية الكواكب. فعلى سبيل المثال، في سبعينيات القرن الماضي، تم قياس اضطرابات مجال الجاذبية فوق بحار القمر من خلال مركبات مدارية قمرية ، مما أدى إلى اكتشاف تجمعات للكتلة، تُعرف باسم " ماسكون" ، تحت أحواض "إمبريوم " و "سيرينيتاتيس " و "كريسيوم" و "نيكتاريس" و "هيوموروم ". ^{[ 43 ]}

بما أن علم الجيوفيزياء يهتم بشكل الأرض، وبالتالي برسم خرائط المعالم المحيطة بها وداخلها، فإن القياسات الجيوفيزيائية تتضمن قياسات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) عالية الدقة. تُعالج هذه القياسات لزيادة دقتها من خلال معالجة نظام تحديد المواقع العالمي التفاضلي . بعد معالجة القياسات الجيوفيزيائية وعكسها، تُعرض النتائج المُفسَّرة باستخدام نظم المعلومات الجغرافية (GIS). صُممت برامج مثل ArcGIS و GeoSoft لتلبية هذه الاحتياجات، وتتضمن العديد من الوظائف الجيوفيزيائية المُدمجة، مثل الاستمرار التصاعدي ، وحساب مشتقات القياس ، كالمشتق الرأسي الأول. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 44 ]} وقد صممت العديد من شركات الجيوفيزياء برامج جيوفيزيائية داخلية، سبقت ArcGIS وGeoSoft، لتلبية متطلبات عرض البيانات الجيوفيزيائية.

الجيوفيزياء الاستكشافية فرع من الجيوفيزياء التطبيقية، يُعنى بتطوير واستخدام مختلف الأساليب الزلزالية والكهرومغناطيسية بهدف استكشاف موارد الطاقة والمعادن والمياه. ^{[ 45 ]} ويتم ذلك باستخدام منصات استشعار عن بُعد متنوعة ، مثل الأقمار الصناعية والطائرات والقوارب والطائرات المسيّرة ومعدات استشعار الآبار وأجهزة الاستقبال الزلزالية . غالبًا ما تُستخدم هذه المعدات بالتزامن مع أساليب جيوفيزيائية مختلفة ، كالمغناطيسية والجاذبية والكهرومغناطيسية والإشعاعية والضغط الجوي ، لجمع البيانات. لا تخلو منصات الاستشعار عن بُعد المستخدمة في الجيوفيزياء الاستكشافية من العيوب ، وتحتاج إلى تعديلات لمراعاة تأثيرات المنصة نفسها على البيانات المُجمّعة بدقة. على سبيل المثال، عند جمع البيانات المغناطيسية الجوية (البيانات المغناطيسية التي تجمعها الطائرات) باستخدام طائرة تقليدية ثابتة الجناح، يجب تعديل المنصة لمراعاة التيارات الكهرومغناطيسية التي قد تولدها أثناء مرورها عبر المجال المغناطيسي للأرض . ^{[ 9 ]} توجد أيضًا تصحيحات تتعلق بالتغيرات في شدة المجال الكامن المقاسة أثناء دوران الأرض، وأثناء دوران الأرض حول الشمس، وأثناء دوران القمر حول الأرض. ^{[ 9 ] [ 44 ]}

غالبًا ما تُسجَّل القياسات الجيوفيزيائية كسلسلة زمنية مع تحديد الموقع باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) . تتضمن معالجة الإشارات تصحيح بيانات السلسلة الزمنية لإزالة التشويش غير المرغوب فيه أو الأخطاء الناتجة عن منصة القياس، مثل اهتزازات الطائرات في بيانات الجاذبية. كما تتضمن أيضًا تقليل مصادر التشويش، مثل التصحيحات اليومية في البيانات المغناطيسية. ^{[ 9 ] [ 44 ]} في البيانات الزلزالية والكهرومغناطيسية وبيانات الجاذبية، تستمر المعالجة بعد تصحيح الأخطاء لتشمل الجيوفيزياء الحاسوبية ، مما يؤدي إلى التفسير النهائي للبيانات الجيوفيزيائية وتحويلها إلى تفسير جيولوجي للقياسات الجيوفيزيائية. ^{[ 9 ] [ 44 ]}

وُجدت البوصلة المغناطيسية في الصين منذ القرن الرابع قبل الميلاد. استُخدمت في فنغ شوي وفي الملاحة البرية على حد سواء. ولم تُستخدم البوصلات في الملاحة البحرية إلا بعد أن أصبح بالإمكان صهر إبر فولاذية جيدة؛ فقبل ذلك، لم تكن قادرة على الاحتفاظ بمغناطيسيتها لفترة كافية لتكون مفيدة. أول ذكر للبوصلة في أوروبا كان عام 1190 ميلادي. ^{[ 49 ]}

في حوالي عام 240 قبل الميلاد، استنتج إراتوستينس القيرواني أن الأرض كروية وقاس محيطها بدقة بالغة. ^{[ 50 ]} وقد طور نظامًا لخطوط العرض والطول . ^{[ 51 ]}

لعلّ أقدم إسهام في علم الزلازل كان اختراع جهاز قياس الزلازل (السيزموسكوب) على يد المخترع غزير الإنتاج تشانغ هنغ عام 132 ميلاديًا. ^{[ 52 ]} صُمم هذا الجهاز لإسقاط كرة برونزية من فم تنين إلى فم ضفدع. وبمراقبة أيٍّ من الضفادع الثمانية يحمل الكرة، يُمكن تحديد اتجاه الزلزال. وبعد 1571 عامًا، نُشر أول تصميم للسيزموسكوب في أوروبا على يد جان دي لا هوتيفويل ، لكنه لم يُبنَ قط. ^{[ 53 ]}

شهد القرن السابع عشر إنجازاتٍ بارزة مثّلت بداية العلوم الحديثة. ففي عام 1600، نشر ويليام جيلبرت كتابًا بعنوان "دي ماغنيت " (De Magnete)، حيث أجرى سلسلة من التجارب على كلٍّ من المغناطيس الطبيعي (المعروف باسم "أحجار الحمل ") والحديد الممغنط صناعيًا. ^{[ 54 ]} أدت تجاربه إلى ملاحظاتٍ شملت إبرة بوصلة صغيرة ( versorium ) حاكت سلوكيات مغناطيسية عند تعريضها لمغناطيس كروي، بالإضافة إلى تعرضها لـ" انخفاضات مغناطيسية " عند تدويرها حول محور أفقي. ^{[ 54 ]} أدت نتائجه إلى استنتاج أن البوصلات تشير إلى الشمال لأن الأرض نفسها مغناطيس عملاق. ^{[ 54 ]}

في عام 1687، نشر إسحاق نيوتن كتابه " الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية" (Principia)، الذي كان له دور محوري في تطور مجالات علمية حديثة كعلم الفلك والفيزياء . [55] وضع نيوتن في هذا الكتاب أسس الميكانيكا الكلاسيكية والجاذبية ، كما شرح ظواهر جيوفيزيائية ^{مختلفة ، مثل} ترنح الاعتدالين ( دوران النجوم حول محور مسار الشمس ). ^{[ 56 ]} حققت نظرية نيوتن في الجاذبية نجاحًا باهرًا، لدرجة أنها أدت إلى تغيير الهدف الرئيسي للفيزياء في ذلك العصر، وهو كشف قوى الطبيعة الأساسية، ووصفها بقوانين. ^{[ 55 ]}

تم بناء أول جهاز قياس الزلازل ، وهو أداة قادرة على الاحتفاظ بسجل مستمر للنشاط الزلزالي، بواسطة جيمس فوربس في عام 1844. ^{[ 53 ]}