भू भौतिकी

भौतिकीच्या पद्धती वापरून केलेला पृथ्वीचा अभ्यास. भूविज्ञानाच्या अभ्यासात पृथ्वीच्या पृष्ठभागाचे आणि घटनांचे प्रत्यक्ष परीक्षण करून त्यावरून निष्कर्ष काढतात,  भूभौतिकीमध्ये पृथ्वीच्या पृष्ठभागाशी ठेवलेल्या उपकरणांनी मापने घेऊन त्यांच्या आधारे भूपृष्ठखालील खोल जागी, तसेच वातावरणात कित्येक किमी. उंच जागी असणाऱ्या पदार्थांच्या भौतिक गुणधर्मांविषयीचे निष्कर्ष काढले जातात.

भू भौतिकीमध्ये हजारो अंश सेल्सिअस तापमानाच्या आणि वातावरणीय दाबाच्या कित्येक लक्ष पट इतका दाब असलेल्या पृथ्वीच्या गाभ्यापासून तो कवचातील भूखंड, सागरांचे तळ, कवचासभोवतीचे कित्येक किलोमीटर जाडीचे वातावरण या सर्वांच्या अभ्यासाचा समावेश होतो. यांतील अभ्यासाचे विषय प्रत्यक्ष प्रायोगिक निरीक्षणांसाठी हाताळता येण्याजोगे नसल्यामुळे पृष्ठभागाशी काही मर्यादित क्षेत्रात केलेल्या भौतिक मापनांच्या गणिती अर्थबोधनाने पृथ्वीच्या विविध अंगोपांगाची माहिती मिळवावी लागते. पृथ्वीच्या याच अंगोपांगांच्या रासायनिक अभ्यासाला  भूरसायनशास्त्र  हे नाव आहे.

भूविज्ञानाच्या विविध शाखांचा अभ्यास करण्यासाठी ज्या प्रकारे भूभौतिकी तंत्राचा वापर केला जातो त्यानुसार भूभौतिकाचे पुढील उपविभागांत वर्गीकरण करतात :

(१) भूगणित : पृथ्वीची आकृती व गुरूत्वाकर्षण यांचा उपत्तीसह अभ्यास;

(२) भूकंपशास्त्र : नैसर्गिक अथवा कृत्रिम भूकंपामुळे निर्माण होणाऱ्या तरंगांच्या अभ्यासाने पृथ्वीच्या संरचनेची व अंतर्भागाची भौतिक माहिती मिळविणे ;

(३) जलविज्ञान व भूमिजलविज्ञान : पृथ्वीच्या पृष्ठभागी, वातावरणात व भूपृष्ठानजीकच्या खडकांच्या उथळ भागात होणारा पाण्याचा (बर्फ व हिम यांसह) संचय, वहन व अभिसरण यांचा अभ्यास, तसेच हिमनद्यांमुळे गतकाळात झालेली भूपृष्ठाची धूप व विरूपण (रूप बदलणे) यांना कारणीभूत असणारी यंत्रणा समजण्याच्या दृष्टीने सध्याच्या हिमनद्यांचा करण्यात येणारा अभ्यास;

(४) महासागरविज्ञान : महासागराच्या तळाचा आकार, संरचना व तेथे होणाऱ्या हालचाली, तेथे साचणारे निक्षेप (द्रव्याचे साठे), सागरी प्रवाह, लाटा, भरती-ओहोटी, सागरी पाण्याचे भौतिक व रासायनिक गुणधर्म आणि सर्वांचा सागरी जीवसृष्टीशी असणारा संबंध यांचा अभ्यास ;

(५) वातावरणविज्ञान : पृथ्वीच्या पृष्ठभागानजीकच्या जलवायुमानातील (दीर्घकालीन सरासरी हवामानातील) फेरबदलास कारणीभूत होणाऱ्या वातावरणाच्या थरांतील हालचाली व घटक यांचा अभ्यास; तसेच वातावरणाच्या निरनिराळ्या उंचीवरच्या थरांतील हवेचे घटक, त्यांचे भौतिक गुणधर्म, सूर्यापासून तसेच बाह्य अवकाशातून पृथ्वीवर येणारी विद्युत्चुंबकीय व इतर प्रारणे (तरंगरूपी ऊर्जा), ही प्रारणे व पृथ्वीचे चुंबकीय क्षेत्र यांचा परस्परांवर होणारा परिणाम (उदा., चुंबकीय वादळे) इत्यादींचा अभ्यास;

(६) भूचुंबकत्व : पृथ्वीच्या चुंबकीय क्षेत्राचा उगम, त्याचे भूपृष्ठावरील वितरण, चुंबकीय क्षेत्रात जागोजागी आणि वेळोवेळी होणारे बदल, तसेच पूर्वीच्या कालखंडांत तयार झालेल्या खडकांत आढळून येणारे त्या काळच्या चुंबकीय क्षेत्राचे अवशेष;

(७) पृथ्वीच्या अंतर्भागातील उष्णतेचा अभ्यास : पृथ्वीच्या कवचापासून गाभ्यापर्यत उष्णतेचे वितरण, उष्णतेचा उगम, उष्णता वहन व वहनाच्या प्रमाणात होणारे फेरबदल, शिलारसनिर्मिती, ज्वालामुखी क्रिया इत्यादींचा अभ्यास;

(८) पृथ्वीच्या घन कवचात व त्याखालच्या दुर्बल प्रावरणाच्या (कवच व गाभा यांच्या दरम्यानच्या सु. ३,४८० किमी. खोलीपर्यंतच्या पृथ्वीच्या भागाच्या) वरच्या भागात होणाऱ्या मंद तसेच आकस्मिक हालचाली, कवचाचे विरूपण, घड्या पडणे, विभंजन (तडे पडणे), गिरीजनन (पर्वतनिर्मिती), खंडांचे वहन इत्यादींचा अभ्यास.

वरील उपविभागांखेरीज भूभौतिकीच्या अभ्यासक्षेत्रांचा इतर अनेक अभ्यासक्षेत्रांशी परस्परव्यापी संबंध येतो. पृथ्वीच्या अभ्यासाबरोबरच सूर्यकुलातील इतर ग्रहांच्या अभ्यासात भूभौतिकीय तंत्रांचा उपयोग करण्यात येतो. याकरिता ग्रह व त्यांचे उपग्रह यांसंबंधीची माहिती छायाचित्रे, त्यांच्यापासून परावर्तित होणाऱ्या प्रकाशाच्या वर्णपटांचे विश्लेषण, रडार तरंगांचे परावर्तन, चंद्र, मंगळ व शुक्र यांवर उतरविण्यात आलेली उपकरणे वा या व इतर ग्रहांजवळून जाण्याकरिता पाठविलेली उपकरणयुक्त अवकाशयाने यांच्याद्वारे मिळविण्यात येते.

भूवैज्ञानिक कालमापनशास्त्रात पृथ्वीच्या इतिहासातील घटनांचा अभ्यास करण्यात येतो. याकरिता प्रामुख्याने वापरण्यात येणारी तंत्रे किरणोत्सर्गी विघटन आणि पृथ्वीच्या चुंबकीय क्षेत्राच्या दिशेतील व्युत्क्रमणांचा (दिशा उलट होण्याचा) क्रम यांवर आधारलेली आहेत.

भूचुंबकत्व व भूविद्युत्शास्त्र (पृथ्वीतील विद्युत्‌ प्रवाह व तिचे विद्युत गुणधर्म यांचा अभ्यास करणारे शास्त्र) यांचा फार निकटचा संबंध आहे. कारण पृथ्वीचे चुंबकीय क्षेत्र हे प्रामुख्याने पृथ्वीच्या घन भागातील व तिच्या वातावरणातील विद्युत्प्रवाहांमुळे उद्भवते, असा सिद्धांत मांडण्यात आलेला आहे. भूकवचाच्या जागतिक विरूपणाचे स्वरूप समजण्यास त्या त्या ठिकाणाच्या खडकांच्या चुंबकीकरणाच्या आकृतिबंधांमुळे मोठी मदत झाली आहे.

भूभौतिकीय तंत्रे पृथ्वीच्या सर्वसाधारण अभ्यासाकरिता वापरण्याबरोबरच खनिज तेल, खनिज निक्षेप व भूमिजल यांच्या पूर्वेक्षणासाठी (आर्थिक दृष्ट्या पुरेसा मोठा साठा एखाद्या क्षेत्रात आहे की नाही हे ठरविण्याकरिता करण्यात येणाऱ्या निरीक्षणाच्या व तपासणीच्या कामासाठी) आणि हमरस्ते, धरणे व इतर बांधकाम संरचना यांच्या स्थळांचे नकाशे तयार करण्यासाठी वापरण्यात येतात. यांकरिता भूकंपीय पद्धती मोठ्या प्रमाणावर वापरण्यात येतात; तसेच विद्युत्‌, विद्युत्चुंबकीय, चुंबकीय, गुरूत्वाकर्षण व किरणोत्सर्ग सर्वेक्षण पद्धतीही सुविकसित करण्यात आलेल्या आहेत.

भूभौतिकीय तंत्रपद्धती

वरील प्रकारच्या अभ्यासासाठी काही विशेष प्रकारची भौतिक उपकरणे व मापनपद्धती वापराव्या लागतात. गुरूत्वाकर्षण क्षेत्र आणि त्यातील सूक्ष्म फेरबदल मोजण्यासाठी अत्यंत संवेदनशील गुरूत्वाकर्षणमापक व परिपीडन तुला (क्वार्टझ् धाग्याला पडणाऱ्या पिळावरून गुरूत्वाकर्षणाच्या बदलाचे मापन करणारे उपकरण), तर चुंबकीय क्षेत्र मोजण्यासाठी पृष्ठभागी वापरण्याचा  चुंबकीय क्षेत्रमापक, तसेच ठराविक उंचीवरून उडणाऱ्या विमानाच्या खाली लोंबकळत ठेवलेला हवाई चुंबकीय क्षेत्रमापक यांचा वापर करतात.

नैसर्गिक भूकंपाच्या धक्क्यांमुळे, तसेच कृत्रिम स्फोट करून किंवा अवजड वजने बऱ्याच उंचीवरून जमिनीवर एकदम आदळू देऊन त्या धक्क्याने निर्माण झालेल्या तरंगांचा पृथ्वीच्या कवचातून व अंतर्भागातून प्रवास होतो. हे तरंग परावर्तनाने आणि प्रणमनाने (खडकांच्या दृढतेतील फरकामुळे मार्गात बदल होत जाऊन) पृथ्वीच्या पृष्ठभागी येऊन जागोजागी ठेवलेल्या भूकंपमापक उपकरणांनी नोंदले जातात. त्यांच्या अभ्यासाने पृथ्वीच्या कवचात आणि अंतर्भागात निरनिराळ्या खोलींवर असलेल्या पदार्थांच्या भौतिक गुणधर्मांची माहिती मिळते.

प्रयोगशाळेत निरनिराळ्या प्रकारचे खडक कमीअधिक तापमान व दाबाच्या अवस्थेखाली ठेवून त्यांचा स्थितिस्थापक गुणांक स्थितिस्थापकता, घनता, तसेच त्यांच्यातून जाताना भूकंपीय तरंगांच्या प्रसारण वेगात होणारा फेरबदल इत्यादींचा अभ्यास करतात व या माहितीचा उपयोग पृथ्वीच्या अंतर्भागी असणाऱ्या पदार्थांच्या भौतिक गुणधर्मांसंबंधी निष्कर्ष काढण्यासाठी करतात. भारतात हैदराबाद येथील नॅशनल जिओफिजिकल रिसर्च इन्स्टिट्यूटमध्ये असा अभ्यास केला जात आहे.

पृथ्वीच्या कवचाची व अंतर्भागाची माहिती मिळविण्याबरोबरच दुसऱ्या टोकाला वातावरणाच्या अत्यंत उंच जागी असलेल्या परिस्थितीचा अभ्यासही भूभौतिकीमध्ये केला जातो. त्यासाठी भौतिक गुमधर्मांचे मापन करणारी उपकरणे ठेवलेली व शेकडो किलोमीटर उंच जाणारी रॉकेटे (अग्निबाण), तसेच पृथ्वीभोवती फिरत ठेवलेले कृत्रिम उपग्रह यांचा उपयोग करून घेतला जातो. बाह्य अवकाशातून येणारे प्रारण व त्या प्रारणाचा वातावरणावर होणारा परिणाम यांचे मापन करून ही उपकरणे ती माहिती इलेक्ट्रॉनीय संदेशांच्या द्वारा पृथ्वीवर असलेल्या संशोधनशाळांमध्ये पाठवितात.

पृथ्वीच्या नैसर्गिक व प्रवर्तित विद्युत चुंबकीय प्रारणांचे मापन करण्यासाठी अतिशय उंचावरून उड्डाण करणारी विमाने व कृत्रिम उपग्रह यांद्वारे दूरवर्ती संवेदनाग्रहण तंत्राचा उपयोग करण्यात येतो. याकरिता नैसर्गिक प्रारणाचे निरनिराळ्या वर्णपटीय भागांत निरीक्षण करण्यात येते. यात दृश्य व अवरक्त (दृश्य वर्णपटातील तांबड्या रंगाच्या अलीकडील अदृश्य) प्रारणांचे छायाचित्रण, तसेच अवरक्त व रडार प्रारणांच्या परावर्तन क्षमतेचे मापन करण्यात येते.

यावरून भूपृष्ठाची संरचना व वैशिष्ट्ये, शिलावरण, विभंग, मृदा प्रकार, मृदेतील आर्द्रता, हिम व बर्फ यांची व्याप्ती, सागरी तापमान व प्रवाह, सागरातील जैव उत्पादनक्षमा इ. महत्तवपूर्ण माहिती मिळते. पृथ्वीच्या पृष्ठभागाची अत्यंत मंदपणे होणारी हालचाल ओळखण्यासाठी पृथ्वीच्या पाठीवरील स्थानांचे परस्परसापेक्ष अंतर अत्यंत अचूकपणे मोजण्याचे कामही कृत्रिम उपग्रहांमार्फत करण्यात येत. भूभौतिकीच्या संकल्पना आणि मापनाने मिळालेली माहिती विशद करण्यासाठी गणिती परिभाषेचा वापर करावा लागतो.

आंतरराष्ट्रीय सहकार्य

भूभौतिकाच्या अभ्यासात साऱ्या जगभर घडून येणाऱ्या घटनांची माहिती पृथ्वीच्या विस्तीर्ण प्रदेशात अनेक ठिकाणी एकाच वेळी व प्रदीर्घ काळ मापने करून मिळविणे अत्यंत महत्त्वाचे असते. ही गोष्ट साध्य होण्यासाठी आंतरराष्ट्रीय सहकार्य आवश्यक असते. विविध राष्ट्रांशी माहितीची देवाणघेवाण करून त्या माहितीचे संकलन व विश्लेषण करावे लागते.

१९१९ मध्ये ब्रूसेल्स येथे स्थापन झालेली इंटरनॅशनल युनियन ऑफ जिओडेसी अँड जिओफिजिक्स ही पहिली आंतरराष्ट्रीय भूभौतिकीय संस्था म्हणता येईल.

आंतरराष्ट्रीय सहकार्याने पृथ्वीची सर्वांगीण माहिती मिळविण्यासाठी आतापर्यंत १८८२.८३; १९३२.३३ आणि १९५७-५८ मध्ये असे तीन जगद्व्यापी प्रयत्न झाले आहेत.  त्यांना  आंतरराष्ट्रीय भूभौतिकीय वर्षे असे नाव आहे. १९५७-५८ च्या आंतरराष्ट्रीय भूभौतिकीय वर्षाच्या उपक्रमात खूपच नवीन माहिती मिळाल्यामुळे त्यानंतरच्या काळात आंतरराष्ट्रीय सहकार्याने हाती घेण्यात आलेल्या भूभौतिकीय उपक्रमांच्या संख्येत आणि व्याप्तीमध्ये बरीच वाढ झाली आहे.

इंटरनॅशनल  कौन्सिल ऑफ सायंटिफिक युनियन्स या आंतराष्ट्रीय संस्थेच्या घटक संस्थांकरवी, विशेषतः इंटरनॅशनल युनियन ऑफ जिओडेसी अँड जिओफिजिक्स यासंस्थेने अनेक उपक्रम हाती घेतले आहेत. त्यांतील प्रमुख म्हणजे आंतरराष्ट्रीय जलवैज्ञानिक दशक (१९६५-७४), महासागरवैज्ञानिक उपक्रमातील आंतरराष्ट्रीय हिंदी महासागर संशोधन मोहीम (१९६१-६६), जागतिक चुंबकीय सर्वेक्षण,  जागतिक  हवामान निरीक्षण योजना इत्यादी.

भूभौतिकीचे महत्त्व शुद्ध सैद्धांतिक ज्ञान आणि अनुयोजित विज्ञान या दोन्ही दृष्टींनी आहे. या अभ्यासाने पृथ्वीच्या अंतरंगाची, कवचाची व वातावरणातील घटकांची माहिती समजते. तसेच आर्थिक दृष्ट्या महत्त्वाच्या खनिजांचे साठे, अभियांत्रिकीय बांधकामांच्या (उदा., गगनचुंबी इमारती, धरणे) ठिकाणी खडकांच्या थरांची जाडी ठरविणे, भूमिजलाचा अभ्यास इत्यादींसाठीही भूभौतिकीय पद्धतींचा बहुमोलाचा वापर होतो.

संदर्भ :1. Dewitt. C. and others, Ed. Geophysies: The Earth's Environment, New York, 1963.

2. Howell, B. F. Jr. Introduction to Geophysics New York, 1959.

3. Odishaw, H. Ed. Research in Geophysics, 2 Vols., Cambridge, Mass., 1964.

4. Parasnis D. S. Principles of Applied Geophysics, London.1962.

लेखक: प्र. वि. सोवनी

माहिती स्रोत: मराठी विश्वकोश