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Gravimetrie

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Grundlagen der angewandten Geophysik - Seismik, Gravimetrie

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Zusammenfassung

Dieses Kapitel beschreibt die Grundlagen der Erkundung des Untergrunds mit den Methoden der Schweremessung. Im Gegensatz zur seismischen Erkundung beruht sie auf der Messung natürlicher Felder. Aus deren lokaler Variation wird auf Dichteunterschiede im Untergrund geschlossen, denn Variationen in der Masseverteilung im Untergrund verursachen entsprechende Variationen im Schwerefeld der Erde. Die Messung dieser Variationen auf der Erde, in Bohrungen, auf See sowie vom Flugzeug oder Satelliten aus ermöglicht daher die Identifizierung und Lokalisierung von Massen im Untergrund, deren Dichte von der des Nebengesteins abweicht. Vorrangiges Ziel hierbei ist die Bestimmung der Dichte und geometrischen Form solcher Einlagerungen. Diese Rückschlüsse sind jedoch aus prinzipiellen Gründen immer mehrdeutig, wie auch bei den anderen, hier nicht behandelten magnetischen und elektrischen Potenzialmethoden der Angewandten Geophysik.

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Notes

  1. 1.

    Für alle Planeten ist das Verhältnis aus dem Quadrat ihrer Umlaufzeit T und der dritten Potenz der großen Halbachse a ihrer Umlaufbahn konstant und beträgt T2/a3.

  2. 2.

    Beweise hierfür finden sich z. B. bei Blakely (1996, S. 22–23); Heiskanen und Moritz (1967, S. 15–18).

  3. 3.

    In kartesischen Koordinaten: \(\Delta \textrm{F} = \partial^{2}\textrm{F}/\partial \textrm{x}^{2} + \partial^{2}\textrm{F}/\partial \textrm{y}^{2} + \partial^{2}\textrm{F}/\partial \textrm{z}^{2}\).

  4. 4.

    http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/GOCE

  5. 5.

    In der Geodäsie wird dies als Schwerestörung (gravity disturbance) bezeichnet.

  6. 6.

    Erdumspannendes Satellitensystem zur hochgenauen Ortung, Navigation und Zeitmessung. GPS arbeitet mit 24 Satelliten (21 Betriebs- und drei Ersatzsatelliten) auf sechs Erdumlaufbahnen in ca. 20 000 km Höhe. Die Satellitenbahnen sind so aufeinander abgestimmt, dass von jedem Punkt der Erde aus zu jedem Zeitpunkt Sichtverbindung zu mindestens vier Satelliten besteht. Jeder Satellit sendet für ihn charakteristische Signale. Dazu gehören ein atomuhrgesteuertes Zeitsignal, Positionsinformationen und Daten, die eine Korrektur von Zeit- und Übertragungsfehlern sowie von Effekten der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie ermöglichen. Ein GPS-Empfänger berechnet aus den gleichzeitig registrierten Signalen dreier Satelliten die Signal-Laufzeiten und bestimmt daraus seine Position relativ zum WGS84-Niveauellipsoid auf wenige Zentimeter genau. Mit einem vierten Satelliten lassen sich unter Ausnutzung des Dopplereffekts Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung des GPS-Empfängers bestimmen (Brockhaus-Enzyklopädie Online 2010).

  7. 7.

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  8. 8.

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  9. 9.

    Die siderische Periode der Erdumdrehung (bzgl. der Fixsterne) beträgt 86 164 s. Ein Sternentag ist somit um knapp vier Minuten kürzer als ein Sonnentag (86 400 s).

  10. 10.

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  16. 16.

    Diese zwei Isostasie-Modelle sind nach den beiden britischen Forschern benannt, die sie unabhängig voneinander im Jahr 1855 publiziert hatten: George Bidell Airy (1801–1892) war astronomer royal und für 45 Jahre Direktor des Observatoriums in Greenwich. John Henry Pratt (1809–1871) war ein in Indien tätiger anglikanischer Geistlicher und Mathematiker, der zur Erklärung der von ihm bei trigonometrischen Messungen erkannten Lotabweichung durch den Himalaya postulierte, dass die Dichte der Erdkruste im Himalaya geringer sei als in der vorgelagerten Ebene.

  17. 17.

    In der Geodäsie wird \(\Delta \textrm{g}_{\textrm{P}}\) als Schwerestörung bezeichnet.

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  1. E.ON ERC - GGE, RWTH Aachen, Aachen, Deutschland

    Christoph Clauser

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  1. Christoph Clauser
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Weiterführende Literatur

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Clauser, C. (2018). Gravimetrie. In: Grundlagen der angewandten Geophysik - Seismik, Gravimetrie. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-55310-7_3

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