Западно-Казахстанский государственный университет им. М. Утемисова

«Утверждаю»

Декан естественно –

математического

факультета

_____Медешова А.Б.

«___» __________2010г.

Естественно – математический факультет

Кафедра физики, математики и информатики

Учебно-методический комплекс дисциплины

«Геофизика»

по кредитной технологии обучения

для студентов 4 курса специальности

«050110 физика»

Курс-4

Семестр-8

Количество кредитов-2

Лекции-15 часов

Практические занятия-15 часов

СРСП-30 часов

СРС-30 часов

Экзамен-1 в 8 -м семестре

Всего-90 часов

Уральск-2010г.

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Геофизика» по кредитной технологии обучения для студентов 4 курса разработан на основе авторской учебной рабочей программы по Геофизике.

Составлен: Мымриной Н.В.-кандидатом физико-математических наук, доцентом.

( кафедра «Физики, математики и информатики» каб. 307, корпус № 1).

Рассмотрена на заседании кафедры Физика, математика и информатика

Протокол № от « » 2010г.

Зав. кафедрой ______________ Уланов Б.В.

Рассмотрена на заседании учебно-методического совета естественно – математического факультета ___________________ Протокол № ___ от «___»__________ 2010 г.

Председатель УМС факультета ______________

1. Авторская учебная рабочая программа по Геофизике находится на кафедре «Физики, математики и информатики» к. №1 аудитория 307.

2.Программа обучения по дисциплине-syllabus

2.1. Данные о преподавателе:

● Фамилия преподавателя Мымрина Н.В.

● Контактная информация Пр. Евразия 108, кв.103. тел: 53-90-37

● Часы пребывания на кафедре (office hours) 2 кредита

● Название, номер (код) курса и количество кредитов; цикл дисциплины

Геофизика 2 кредита

● Время и место проведения курса; 8 семестр 2011г.

2.2. Данные о дисциплине

График занятий:

Семестр состоит из 15 недель и 2 недели сессии.

В неделю предполагается 2 кредит-часа, каждый кредит-час состоит из одного контактного часа (лекция, практика) и двух часов самостоятельной работы студентов под руководством преподавателя (СРСП, СРС).

Занятия	Время проведения	Занятия	Время проведения
Контактный час 1 (лекция 1)	50 мин.	СРСП (практическое занятие)	50+50 мин.
Контактный час 2 (практика)	50 мин.	СРСП (практическое занятие)	50+50 мин.

Место проведения: корпус №1

Курс	Семестр	Кредиты	Лекции	Семинары	СРСП	СРС	Всего	Форма контроля
4	8	2	15	15	30	30	90	Экзамен

2.3. Введение

Краткое описание курса: Предлагаемая учебная программа элективного курса «Геофизика» содержит лекционный курс, практические занятия, перечень тем СРСП и СРС. Геофизика это раздел физики, который изучает наиболее общие сведения о планете Земля. Данная дисциплина вводится в учебный процесс в связи с тем, что необходимо систематизировать знания студентов о планете Земля и процессах протекающих на ней. Земля - единственная планета солнечной системы, оказавшаяся в таких оптимальных условиях, которые привели к возникновению на ней живых существ. Значительная масса Земли обеспечивает удержание ней гидросферы и атмосферы, а благодаря сравнительно небольшой удалённости Земли от Солнца на неё поступает достаточно мощный поток солнечной энергии. Земля по количеству на ней воды является исключительной планетой. Ни на одной планете солнечной системы нет ни водных морей, ни тем более океанов. Земная атмосфера даёт не только жизнь, но и защищает Землю от губительного воздействия коротковолнового излучения, идущего к Земле от Солнца. Особое место в геофизике уделено изучению магнитного поля Земли. Именно благодаря ему сохраняется жизнь на Земле. Магнитосфера словно покрывало, защищает Землю от жёсткой космической радиации и высокоэнергичных заряженных частиц. Внутреннее строение Земли, возникновение сейсмических волн, извержение вулканов, поиски полезных ископаемых, распространение радиоволн в ионосфере, взаимоотношения человека и природы – всё это и многое другое предмет исследования геофизики. Знание геофизики необходимо не только студентам физикам, но и любому образованному человеку. Земля – это наш общий дом, а о доме мы должны знать всё, или почти всё. Выполнение творческих заданий по предмету позволяет студентам не только углубить знания по интересующей теме, но и проявить себя с разных сторон: как искусного докладчика, пользователя современных компьютерных программ, исследователя, работающего с различного рода источниками информации; оформителя полученного продукта. Курс включает в себя 15 часов лекций, 15 часов практических занятий, СРСП- 30 часов. Т.о. на курс отводится 2 кредита.

Целью изучения курса «Геофизика» является знакомство студентов с одной из самых современных и самых древних наук – науки о Земле. Показать целостность этой науки и перспективы её развития. Сформировать убеждение об уникальности и великой ценности экологии Земли.

Задачи курса: Для достижения цели изучения курса необходимо:

- ознакомить студентов с внутренним строением Земли;

-ознакомить студентов со строением атмосферы, ионосферы и гидросферы Земли;

-дать студентам представление об источниках магнитного поля Земли;

- показать проявление солнечно-земных связей;

Содержание курса.

Введение. Предмет геофизики. Геомагнитное поле. Элементы земного магнетизма. Главное магнитное поле земли. Геомагнитное поле, во втором приближении - эксцентричный диполь,

Магнитные полюса.  Внесистемные единицы Гаусс и гамма. Локальная система координат. Горизонтальная составляющая вектора напряженности геомагнитного поля. Магнитное наклонение. Изоклины. Магнитное склонение или азимут. x,y,z,B,H,I,D-элементы земного магнетизма. Магнитные обсерватории. Магнитометры Магнитограммы. Вариации:  долгопериодические (вековые) и         короткопериодические. Причины, вызывающие вариации с источниками геомагнитного поля. Различают два источника геомагнитного поля: главное поле (внутреннее поле); внешнее поле. Исторической самой первой теорией геомагнитной поля была теория однородного намагничивания. Аномалии:  местные магнитные аномалии (локальные); мировые магнитные аномалии (материковые). Курская и Магнитогорская магнитные аномалии, материковые аномалии - Восточно-Сибирская аномалия, где напряженность геомагнитного поля повышена и Бразильская аномалия, где напряженность магнитного поля понижена. Там где повышено значение H находятся металлы, такие как Fe, Co, Ni, Ti, Mo, U.

Второе историческое предположение теории - центре земли находится постоянный магнит. Согласно современным представлениям источником главного магнитного поля является электрические токи внутри жидкого металлического ядра земли. Теория жидких металлических токов внутри земли - теория Эльзассера, гидромагнитное динамо. Дифференциальное вращение. Конвективное и дифференциальное движение приводит к турбулентности. Слабое «затравочное» поле. Явление инверсии. Палео и архео магнитные исследования. Источник магнитных вариаций в ионосфере.

Внутреннее строение Земли. Воды Земли. Поверхностная гидросфера. Подземная гидросфера. Строение Земли. Земля это  внутренняя планета солнечной системы. Внутренние планеты это каменные планеты Геоид. Модель строения Земли - модель Буллена. Кора, внешняя оболочка, внутренняя оболочка, внешнее ядро и внутреннее ядро. Поверхности: Мохоровича, поверхность Вихерта. Распределение температур внутри Земли. Глобальная тектоника. Смещения плит земной коры - дрейф континентов. Причина движения континентов - крупномасштабные конвекции земной оболочки. Связь тектонических землетрясений с движением плит земной коры. Эпицентр землетрясения. Продольные и поперечные сейсмические волны. Характеристика землетрясений - 12 бальная шкала. Регистрация продольных и поперечных волн сейсмографами.

Атмосфера Земли. Атмосфера - газовая оболочка, окружающая планету. Области атмосферы – сферы. Строение: тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы. Источники нагрева атмосферы и её сфер. Границы между сферами – паузы. Тропосферу и стратосферу разделяет тропопауза. Стратосферу и мезосферу разделяет стратопауза. Мезосферу и термосферу - мезопауза, а термосфера плавно переходит в космическое пространство. Химический состав атмосферы. Турбулентность атмосферы. Помимо температуры атмосферу делят также на различные области по степени турбулентности и ионизации. По степени турбулентности атмосферу делят на гомосферу и гетеросферу. Их состав и распределение химических элементов в этих областях. Погода Земли. Горизонтальные движения воздуха - ветра. Связь горизонтальных движений с вертикальными и образование турбулентности. Циркуляция в области океанов. Границы между воздушными массами - атмосферным фронтом.

Ионосфера Земли. Верхние слои приблизительно до высоты 100километров, представляют собой, своеобразную среду в целом электрически нейтральную, которая называется плазмой. Ионосфера. Распространение волн в ионосфере.

Магнитосфера. Строение магнитосферы. Стоячая волна, хвост магнитосферы, магнитопауза, переходная область, полярные каспы. Магнитные бури. Три фазы геомагнитной бури: начальная фаза, главная фаза, фаза восстановления. Мощная солнечная вспышка и внезапное начало магнитной бури - SC, сверхмощная вспышка на Солнце - SSC – сверхвнезапное начало.

Солнечный ветер. Непрерывно расширяющая Солнечная  корона - Солнечный ветер. Солнечный ветер- поток заряженных частиц испускаемых непрерывно. Спокойный солнечный  ветер. Магнитное поле Солнца. «Вмороженное магнитное поле. Межпланетное магнитное поле. Нейтральный токовый слой. Межпланетное магнитное пространство имеет секторную структуру. Спираль Архимеда. Три различных компоненты солнечного ветра: спокойный солнечный ветер (ССВ), высокоскоростные потоки (ВСП), рекуррентные высокоскоростные потоки (РВСП). Солнечные пятна. Солнечные пятна  биполярные. Перезамыкание силовых линий. Различные виды проявления солнечной активности: петли, арки, протуберанцы. Корональные дыры на Солнце (КД). Униполярность.

Полярные сияния. Свет, испускаемый возбуждёнными атомами атмосферы при переходе электронов с нестабильных возбуждённых состояний на основные энергетические уровни. Ударная ионизация. Цвета полярных сияний. Формы полярного сияния: дуги, лучи, диффузные Радиоактивные пояса земли. Области захваченной радиации. Различают два радиационных пояса: внутренний радиационный пояс, внешний радиационный пояс RP. Состав и положение радиационных поясов Земли. Сопряжённые точки. Движение поперёк силовых линий магнитного поля - дрейф. Искусственные радиационные пояса Международная конференция о запрете атомных взрывов в атмосфере.

Солнечно-земные связи. Физический аспект. Система прямых или опосредованных физических связей между гелио- и геофизическими процессами. Изменение уровня солнечной активности вызывает цепочку взаимосвязанных явлений в межпланетном пространстве, в магнитосфере, ионосфере, нейтральной атмосфере, биосфере, гидросфере и, возможно, литосфере Земли. Изучение этих явлений и составляет суть проблемы Солнечно-Земных связей. Энергетический аспект Солнечно-Земной связи, информационный аспект. Перераспределение энергии может происходить либо плавно (ритмические колебания геофизических параметров), либо скачкообразно (триггерный механизм). Работы А.Л.Чижевского о циклической связи между развитием некоторых эпидемий и пятнообразовательной деятельностью Солнца. Наука гелиобиологии. Ритмические колебания геофизических параметров (11-летних, 27-дневных и др.). Циклы солнечной активности. Солнечная активность и числа Вольфа. Циклический характер солнечной активности (продолжительность циклов: 11.2 года, 80-90 лет). Влияние Солнечной активности на человека.

В результате изучения курса студент должен знать:

- основные физические явления, особенности их протекания на Земле;

-основные физические понятия, величины, их математическое выражение и единицы измерения;

- основные методы проведения геофизических экспериментов и обработки результатов измерений;

-общие и специфические черты физики атмосферы;

-строение магнитосферы;

-связь солнечной активности с процессами, происходящими на Земле.

Студент должен уметь:

- правильно применять законы физики для анализа и решения конкретных геофизических проблем;

- использовать при работе научную, учебно-методическую и справочную литературу;

-работать с различными поисковыми системами в Интернете;

-готовить презентации по изучаемым темам;

-выступать перед аудиторией и отстаивать своё мнение по изученному вопросу.

Пререквизиты: для освоения курса «Геофизика» необходимо знать:

-основы Механики;

-методы интегрального и дифференциального исчисления;

-основы Молекулярной физики;

-основы Электромагнетизма;

- основы Оптики.

Постреквизиты: знания, полученные при овладении данного курса, используются при изучении статистической физики и электродинамики; квантовой механики, физики сплошной среды, астрономии и астрофизики, экологии.

Методология обучения: обучение проводится в виде лекций, практических занятий, СРСП и СРС. Предполагается активное участие студентов в процессе обучения. Большое внимание уделяется контролю знаний студентов и формированию у студентов ключевых компетентностей.