La géophysique est une branche des sciences de la Terre qui utilise des méthodes physiques quantitatives pour élucider certains aspects du système planétaire. La géophysique englobe de grandes parties de la sismologie, de la géodésie (taille et forme de la Terre), des sciences de l’atmosphère, de l’étude du champ magnétique terrestre, de la géothermométrie, de l’hydrologie, de l’océanographie, de la tectonophysique, de la géodynamique (étude de la Terre intérieure), de l’exploration et de l’ingénierie géophysique, géophysique l’ingénierie, la glaciologie, la pétrophysique, la géophysique appliquée, la physique minérale et la géologie de l’ingénieur.
La géophysique est basée sur le fait que les processus en vrac dans la matière peuvent souvent être caractérisés dans l’abstrait en utilisant des équations physiques simples. Malheureusement, lorsque de nombreuses pièces constitutives sont en jeu, même si les pièces se déplacent selon des lois simples, leurs propriétés émergentes sont complexes. En conséquence, la géophysique a la réputation d’être l’un des domaines scientifiques les plus gourmands en calculs. Le Earth Simulator (ES), capable de 35.86 billions de calculs en virgule flottante par seconde, ou 35.86 TFLOPS, situé à Kanagawa, au Japon, était le supercalculateur le plus rapide au monde de 2002 à 2004, et est principalement utilisé pour les applications géophysiques.
Un exemple d’application de la géophysique est l’étude du noyau terrestre en analysant les ondes sismiques. À l’aide de superordinateurs, les géophysiciens peuvent cartographier les irrégularités du noyau terrestre à des échelles aussi petites qu’un kilomètre. Un sujet qui laisse actuellement perplexe les géophysiciens est l’hétérogénéité du noyau externe de la Terre, que l’on pense liquide. À un moment donné, on pensait que le noyau externe était assez homogène, mais les calculs géophysiques ont montré le contraire. Les scientifiques soupçonnent maintenant que le noyau externe peut être constitué de couches alternées de matériau liquide et solide.
Il existe de nombreuses études de calcul géophysiques possibles que nous n’avons pas actuellement la puissance de calcul pour lancer. Un domaine notoirement difficile est celui de la prévision climatique. L’ampleur du changement climatique au cours du prochain siècle est une variable que de nombreux gouvernements du monde seraient ravis de connaître, mais il n’existe aucune méthode scientifique pour prédire le climat mondial de manière fiable aussi longtemps à l’avance.