物理变化
孔隙度、孔隙大小与形状、弯曲度、 表面粗糙度、胶结、地层因子、 弹性模量、剪切强度等
化学变化
离子浓度、离子电荷密度 离子迁移率、矿相、电偶层
阳离子交换能力
岩石岩物石理物理性性质质的的改变变化
地球物理响应: 电导率、极化率、介电性、磁性及地震属性的变化
生物地球物理研究框架
引自Atekwana & Slater, 2009
建设中的中国 大陆大地电磁 场标准网
微生物+碳源+营养素 微生物生长与增殖
生物膜形成
化学变化
细胞种群增加
生物膜的直接作用或者致孕纖毛 作为电子传输的通道
氧化还原反应：Eh和pH改变 代谢产物：有机酸和生物表面活性剂 生物成因气体：CO2,H2S
矿物溶解与析出
变化：薄膜势，薄膜厚度，细胞含量
太阳各种形式的输出，光，太阳风，高能粒 子随时间和空间都是变化的。这些变化 称为太阳活动，它们可以反映太阳表层 以下的变化。科学家门可以研究这些输 出及其变化从而了解太阳。
太阳的能量输出主要有两种形式：电磁辐射 和带电粒子发射。携带部分太阳能量的 带电粒子包括相对低能量的太阳风等离 子体和被加速到接近光速的高能粒子。
空间天气指的就是影响地球的太阳活动。
太阳 黑子
太阳周
太阳 耀斑
冕洞 太阳羽状物
太阳风
日冕物 质抛射
太阳风
太阳不断向外喷出速度为数百公里 每秒的超声速等离子体流，称为 太阳风；它携带着太阳磁场，冲 向地球，将地球控制区局限在一 个水滴状的区域，称为磁层。
地球磁层
空间天气学
空间天气学探讨太阳活动 所引起的太阳等离子体 和高能粒子的变化对地 球的影响。
Magnetic field lines in the core.
Magnetic Field Lines in Earth’s Iron Core
Courtesy of G. Glatzmaier
Magnetic Field Lines in Earth’s Iron Core
Courtesy of G. Glatzmaier
空间天气学
对航天器探测设备及宇航员的影响
耀斑和日冕物质抛射可以将粒子加速到 接近光速，这些高能粒子（质子）轰 炸到卫星上的相机并使得粒子探测器 达到饱和而失灵，导致一些卫星临时 关闭或定向错误。
高能粒子可能烧毁太阳能板或射穿卫星 外壳，造成短路和伪操作。
太阳辐射对细胞会造成伤害，这就是为什 么要宇航员要穿厚重的宇航服。在太阳 爆发剧烈的时候，宇航服也不能起作用， 这时宇航员就需要躲在航天飞机或空间 站中特别的保护舱里，以避免放射性疾 病，癌症甚至死亡。
Magnetic Field Lines in Earth’s Iron Core
Courtesy of G. Glatzmaier
Magnetic Field Lines in Earth’s Iron Core
Courtesy of G. Glatzmaier
Magnetic Field Lines in Earth’s Iron Core
Courtesy of G. Glatzmaier
洋中脊磁异常对称条 带的发现复活了海底 扩张学说，从而催生 了板块构造理论
Multi-species current flow.
An electrical model for a porous rock containing pore fluids (water).
空间天气学能影响高层大 气和长期的天气变化趋 势。
太阳风暴的主要来源
• 日冕物质抛射
• 耀斑所引发的高 能粒子
太阳风暴引起地 球磁层剧烈扰动 并产生极光
在地球高纬地区观 测到的极光
除了太阳光以外，极光是将太阳和地球 联系在一起的唯一可以看到的证据。
空间天气：对航天器的影响
卫星是太阳爆发首当其冲的牺牲品 辐射和磁暴能改变地球大气状态，混淆卫星和地面站之间的通讯 高层大气增加的摩擦会阻碍正常轨道上运转的卫星 导致卫星或飞船的寿命降低和维持费用的增加。
空间物理学是伴随人造卫星成功发射而形成并迅速发展的新兴交叉学 科，主要研究广阔的太阳大气和行星际空间、地球和行星的磁层、电 离层和中高层大气中的基本物理过程及其演化规律，探讨空间环境的 监测、诊断、预报及其在航天、国防、通讯、导航等方面的应用。 空间物理学的范畴是从地球的中层大气到太阳的光球层
太阳活动
DOWNWELLING
UPWELLING
Courtesy of P. Tackley
Shinji Toda, Jian Lin, Mustapha Meghraoui, and Ross S. Stein 2008
反射地震叠加剖面/偏移剖面具有反映地质结构细节的能力! 俯冲的Naz震数据体时间切片
三维可视化雕刻
地球的重力场
-80
0
80 m
Gravity anomalies (mGal), from GRACE satellite data
EIGEN-CG01C Free Air Gravity Anomalies
南华北区域重力异常
法拉第原理
某油田上磁性异常的土壤样品的磁细菌 黑点为磁小体( ×14 000)，阎桂林等（1995）
固体地球 物理学
理论地球物理学
地震学 重力学 地磁学 地电学 地热学 地震勘探 重力勘探 磁力勘探 电法勘探 地热勘探
放射性 地球物理
地球形变 与
动力学
应用地球物理学
2004 Sumatra Earthquake
Courtesy of IRIS
Energy released ≈ 65 × 1017 Joules, or 1,550,000 kilotons (1,550 megatons) of TNT, or the equivalent of 75,000 Hiroshima bombs.
我们的事业
徐义贤 地球物理与空间信息学院
我所理解的地空学院学科内涵
地球 物理学
空间 物理学
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太阳活动
空间天气
空间探测 技术
地震学 地震勘探
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