Yer’in yüzeyinde ve derinliklerinde gerçekleşen bütün fiziksel olayları inceleyen bilim dalı (yerfiziği de denir). Yer, kesikliklerle birbirinden ayrılan eş merkezli bir küreler dizisi olarak tanımlanabilir. En dıştaki örtü, hafif bir basınçla ve içerdiği maddelerin çok ender olmasıyla nitelenen atmosferdir. Bu. dış jeofiziğin ve meteorolojinin inceleme konusunu oluşturur; doğrudan gözlenebilir, ama sonda balonları ve uydular yardımıyla da atmosfer konusundaki bilgiler oldukça artmıştır.
Gaz atmosferi büyük ölçüde, denizler ve okyanuslardan oluşan hidrosferle örtülü yer kabuğunu çevreler: Fiziksel deniz bilim, sıvı kütlelerini etkileyen olayları ve fiziksel yasaları inceler. Batiskaflar sayesinde son zamanlarda çok derin deniz diplerine inilebilmektedir. Çeşitli sıvı tabakalardan ve diplerde çökelmiş tortul tabakalarından radyoelektrik ya da ses dalgalarının yansımasına dayanan birçok dolaylı uygulama da vardır, jeoloji, inceleme alanına giren yerkabuğunun yalnızca çok ince bir tabakasını gözlemleyebilmektedir. Daha derin bölgelerin incelenmesinde fiziksel tekniklere başvurulur. Yeryuvarlağının içiyse, iç jeofiziğin alanına girer.
İç Jeofizik
Yerkabuğu, en dıştaki katı örtüdür; ortalama kalınlığı 40 km’dir: Silisyum ile alüminyumdan oluşan ve yaklaşık 2.900 km derinliğe kadar inen, daha yoğun bir “manto’’nun ya da Sial’in (bu ad silisyum ve alüminyum sözcüklerinin ilk hecelerinden oluşur) üstünde yer alır.
Yer çekirdeği, Gutenberg kesikliğiyle “manto”dan ayrılır, 2.900 km ile 5.000 km arasında demir ve nikelden (Nife) oluştuğu varsayılan çok yoğun bölgeyi kuşatan bir örtü oluşturur.
Jeotermik Gradyan
Yer‘in sıcaklığı derinliğe bağlı olarak değişir: Her 100 m’de ortalama 3°C artar, jeotermik gradyan l°C’lık bir yükselmeye denk düşen ortalama derinlik artışıdır. Bu gradyan tek düze değildir. Radyoaktif kaynakların ürettikleri enerjinin azalması sonucu ortaya çıkan sıcaklık yayılmasına bağlı olduğu sanılır. Sıcaklık artışının bazı dağlık bölgelerde düzlük alanlara oranla çok daha hızlı olduğu gözlenir, jeotermik gradyan değişiklikleri, dağ sıralarının eksen kuşaklarındaki başkalaşımların nedenidir. Doğrudan ölçmelerin yapılamadığı durumlarda Yer’in derinliklerindeki bölgelerin sıcaklıkları yalnızca varsayımsal olarak belirlenmektedir.
Yer’in Biçimi
Geodezi yerçekimi ölçmelerinden hareketle yeryuvarlağının biçimlerini inceler. Denizlerin ortalama yükseltisinden geçen yerçekimi alanı düzeyinin kuramsal yüzeyi olan jeoyit, ekseni kutupların ekseniyle aynı olan bir dönel elipsoite benzetilebilir. Yerçekimi sapmalarının gözlenmesi, dağ sıraları altında önemli örtü köklerinin açıklığa kavuşturulmasını sağlamıştır. Newton’un evrensel yerçekimi yasasına dayanılarak hesaplanan Yer’in toplam kütlesi 5,976.1021 tondur; bu kütle 5,5’lik bir yoğunluğa denk düşer. Yüzeysel kayaçların ortalama yoğunluğu, 2,7’dir; bu karşılaştırma, XIX. yy’dan başlayarak, yeryuvarlağı yapısının bağdaşık (homojen) olmadığı ve iç örtülerin yerkabuğundan daha yoğun olduğu ilkesinin benimsenmesine yol açtı. Yerkabuğunun buzdağları (yükselti arttığı ölçüde örtü kökleri de derine iner) gibi daha yoğun bir tabaka üstünde yüzdüğü görüşü 1855’te Airy tarafından ortaya atıldı. Bu görüş izostazinin temelini oluşturur. Bazı bölgelerdeki kabarma olaylarının açıklaması, yetkinleştirilmiş olan bu örneğe dayanır.
Yerkabuğunun Hareketleri
Yerkabuğu da okyanusların sıvı kütleleri gibi Güneş-Ay çekiminin etkisinde kalır. Bu etkinin sonuçları ölçülebilir ve yeryuvarlağının bütününün katılık derecesini değerlendirme olanağını verir. Güneş-Ay çekimi etkisinin neden olduğu bu hafif ama düzenli hareketlerin yanı sıra ani hareketler de görülmektedir, bunlar depremlerdir. Deprem ya da yersarsıntıları yerkabuğunun derin kuşaklarında ya da “manto”daki maddelerin kopmaları nedeniyle ortaya çıkar. E.Rothe depremleri ikiye ayırır: Yenioluşum depremleri ve eskioluşum depremleri. Yanardağ püskürmelerinde, lavların yükselmesi sırasında çoğunlukla, çok değişken şiddette depremler de görülür. Yanardağ püskürmeleri gibi depremler de okyanus diplerinde olabilir. Deniz diplerini sallayan sarsıntılar, tsunamiler (deprem dalgası) yaratır.
Harekete geçen sular, karaların iç kesimlerinde çok uzaklara kadar gidebilen dev dalgalar oluştururlar. Depremler, sismograflar sayesinde incelenir ve kaydedilir. Sismografın çalışma ilkesi oldukça yalındır: Hareketli bir kütle, yeryüzündeki sağlam bir destekte asılı durur. Sarsıntı meydana geldiğinde destek kıpırdarken kütle hareketsiz kalır; kütlenin ucuna tutturulmuş iğne, önünden geçen kâğıt üstünde titreşimleri çizer. Modern sismograflar daha küçük ve taşınabilir aygıtlardır. Kayıt magnetik bantlar üstüne yapılır. Elde edilen grafiklerin incelenmesi, sarsıntı dönemleri dışında, sismografın hafif titreşimler kaydettiğini gösterir. Bu dip gürültülerinin çeşitli nedenleri vardır: Deniz dalgalanmaları; ulaşım araçlarının geçmesi; insanların etkinlikleri. Dip gürültüleri giderildiğinde, geriye başka titreşimler kalır. Bunlar yerkabuğunun, sürekli ince deprem (mikrodeprem) etkinliğini yansıtır.
Depremler olayın doğduğu bölgeden başlayarak yeryuvarlağının yüzeyine ve içine dalgalar halinde yayılır. Optik alanında olduğu gibi bu dalgalar da karşılaştıkları kesiklik etkisiyle yansırlar ve kırılırlar. Söz konusu özellik, yeryuvarlağını oluşturan eş merkezli çeşitli örtülerin varlığını ortaya koyar. Yerkabuğunu ve mantoyu sınırlayan (30 km ile 60 km arasında değişir) Mohoroviçiç ve Gutenberg kesikliği (2.900 km derinlikte) bu sayede belirlenebilmiştir. Yerkabuğu içindeki Conrad kesikliği dipteki bazaltlı bir tabakayı daha yüzeye yakın granitli bir tabakadan ayırır. Yeryuvarlağının yüzeysel tabakalarının incelenmesi yapay depremlerle sağlanabilir. İncelenecek bölgeye taşınabilir sismograflar yerleştirildikten sonra, patlayıcılar aracılığıyla sarsıntılar gerçekleştirilir. Farklı tortul tabakalar arasındaki sınırlar, dalgalan, derindeki büyük kesiklikler gibi gönderir. Bu teknik, yüzeyin görünmeyen yapılarını ortaya koyma olanağı verir: Yatay tortul tabakalar altına gömülmüş antiklinaller, tuz tepecikleri, vb. Bu türden yapılar tarafından çevrelenmiş petrolün bulunmasında söz konusu teknikten (depremsel yansıma tekniği) yararlanılır.
Magnetizma ve Elektrik
Yer’in magnetik alanı yeryuvarlağının merkezinde, magnetik kutuplara paralel olarak duran bir mıknatısa benzetilebilir. Günümüzde birbirlerine çok yakınsalar da magnetik kutuplarla coğrafi kutuplar çakışmazlar. Magnetik kutupların konumu zamanla değişmiştir. Bir yıldızın kendi çevresinde dönmesinin bu yıldıza bir magnetik alan kazandırdığı sanılmakadır. Yer’in magnetik alanının iki büyük bileşeni sapma ve eğimdir. Magnetik alanda birçok anormallik görülür. Bunlar magnetik geçirgenlikleri yüksek kayaçların (magnetit, demir bakımından zengin kayaçlar, vb.), toprağı aşan akımların şiddetlerindeki çeşitliliklerin sonucudurlar.
Magnetik alan değişiklikleri çeşitli düzeylerdedir. Yüzyüda bir gerçekleşen değişiklik çok hızlıdır. Batı sapma bölgeleri ve doğu sapma bölgeleri agonik çizgi adı verilen bir çizgiyle sınırlıdır. Bu çizginin karmaşık bir bölümü Asya, çok daha yalın bir başka bölümüyse Amerika’dadır. Amerika’da kalan bölümü, 1600 yılından bu yana, yılda ortalama 25 km’lik bir hızla batıya doğru kaymaktadır.
Bazı kayaçlar, Yer magnetizmasım kendi oluşumları sırasında kaydederler. Bu da kutupların değiştirdikleri yerleri belirleme olanağını verir. Pişmiş toprak kapların da aynı özellikleri vardır: Sözgelimi, İ.Ö. VII. yy’da yapılmış Roma toprak kapları sayesinde, bu bölgelerde eğimin negatif olduğu (oysa günümüzde pozitiftir) anlaşılmıştır.
Magnetik öğelerin değişmesi “magnetik fırtınalar” olarak adlandırılan önemli karışıklıklara yol açar: Kuzey ışıkları, radyoelektrik dalgaların yayılmasındaki düzensizlikler, telefon hatlarında parazitler bu olaylara eşlik eder. Magnetik anormallikler, yeraltındaki farklı özellikli kayaçların dağılımına bağlı olabilir. Yeryüzeyinden başlayarak dibe doğru maden filizlerini kuşkuya yer bırakmayan bir kesinlikle belirleme olanağı veren bir jeofizik araştırma tekniğinin geliştirilmesinde bu özellikten yararlanılmıştır.
Yer’in çevresinde, toprak yüzeyine paralel olan ama kökeni iyi bilinmeyen bir elektrik alanı da vardır. Toprağı aşan akımlar, çoğunlukla, oluşturucu maddelerin farklı asitlikte olmasından kaynaklanan toprak içi ani kutuplanma olaylarına bağlanır, jeofizik alanındaki gözlemler ve teknikler Yer’in dolaysız gözlem yapılamayan bölgeleri üstüne bilgiler toplanmasına olanak verir. Bu bilgilerden yararlanan jeofizikçiler, çoğunlukla yerbilimcilerin benimsemediği, ama belli bir zaman için elde bulunan bilgileri özetleyen örnekler (model) hazırlarlar. Öte yandan, bu temel araştırmalar birçok maden zenginliğini (petrol, maden filizi, su) ortaya çıkarma olanağı veren aygıtların ve tekniklerin geliştirilmesini sağlamıştır.