гравиметрия

ГРАВИМЕТРИЯ (от лат. gravis - тяжёлый и греч. metreo - измеряю) - в узком понимании наука о методах измерения силы тяжести. Чаще понимается шире, как наука о силе тяжести (CT) в пределах близкой окрестности Земли или планет Солнечной системы в рамках ньютоновской механики.

CT складывается из гравитац. притяжения и центробежной сила:

где G - гравитационная постоянная, m- единичная масса, dm - элемент массы, -радиусы-векторы точки наблюдения и элемента массы, - угл. скорость вращения Земли (планеты). Интеграл берётся по всем массам. Напряжённость CT (отношение силы к единичной массе), численно равное ускорению свободного падения g, измеряется в галах: 1 Гал=10^-2 м/с². Осн. приборами для измерения CT являются гравиметры .Потенциал CT имеет вид:

где - широта места наблюдения. Ур-ние W=const определяет семейство уровненных поверхностей. Та из них, к-рая совпадает с уровнем невозмущённой воды в океане (W=W₀), наз. геоидом и принимается за фигуру Земли.

Для удобства поле CT разделяют на нормальную часть , закономерно изменяющуюся по поверхности планеты, и аномальную (т. н. аномалия силы тяжести), являющуюся разностью между реальной (g)и нормальной составляющими: . Нормальная часть обычно представляется как поле однородного эллипсоида вращения, имеющего одинаковые массу и скорость вращения с реальной Землёй и наилучшим образом приближающегося к геоиду. Принята т. н. междунар. гравиметрич. система 1971 года (IGSN-71), в к-рой в качестве нормальной принята ф-ла CT с коэффициентами, вычисленными по совокупности гравиметрич. и спутниковых данных в 1967: = 978031,8 (1+0,005302 -0,0000059) мГал.

Полное изменение нормальной составляющей поля CT Земли 5,2 Гал. Аномалии CT на Земле достигают (2-4)*10² мГал, изменение CT за счёт центробежной силы 3,3 мГал, изменение CT за счёт сплюснутости Земли 1,8 мГал, CT изменяется по высоте на 3*10^-1 мГал на 1 м, макс. амплитуда лунно-солнечных возмущений 2,4*10^-1 мГал.

Наблюдения возмущений в движении ИСЗ, происходящих под влиянием неоднородности гравитац. поля, позволили выделить разл. отклонения фигуры Земли от эллипсоида вращения. В связи с этим понятие нормальной формулы CT расширено и введено понятие нормальной Земли, задаваемой рядом параметров.

Аномалии CT зависят от распределения масс в земной коре. Широкие региональные аномалии связаны с неоднородностью плотностей в мантии. С помощью Г. ведётся поиск и разведка нефтегазоносных структур, месторождений полезных ископаемых. Неоднородности плотности в Земле, вызывающие аномалии CT, одновременно вызывают отклонения уровненной поверхности от эллипсоида, соответствующего нормальному распределению CT. Эти отклонения - высоты геоида - могут быть вычислены по аномалиям CT. Для приведения всех геодезич. измерений на эллипсоид относимости надо знать высоты геоида. T. о., Г. является необходимым элементом геодезии. Этот раздел её наз. геодезич. Г. Методом спутниковой альтиметрии, т. е. непосредственным измерением высоты спутника, координаты к-рого точно известны, высоты геоида на океанах измеряются с погрешностью 1 м.

Деформации Земли и возмущения CT, вызванные притяжением Луны и Солнца, зависят от упругих свойств Земли. Измеряя эти деформации, можно судить об упругих свойствах внутр. слоев Земли и о её внутр. строении. Непрерывные измерения CT дают важную информацию о приливных вертикальных движениях земной коры и могут дать в дальнейшем сведения о глобальных перестройках земных недр и, возможно, свидетельствовать о переменности (или постоянстве) гравитац. постоянной G.

Информацию о гравитац. поле Земли и планет несёт не только потенциал и его производная - CT, но и производные потенциала более высоких порядков. Чувствительность этих величин к изменениям напряжённости гравитац. поля выше, чем у потенциала или у CT. В навигации, аэронавтике и космонавтике вторые производные могут использоваться для определения положения. В геологоразведке они позволяют выявлять структуры или непосредственно полезные ископаемые малой протяжённости.

Появление межпланетных космических аппаратов расширило область применения Г. Спускаемые космические аппараты произвели измерение CT непосредственно на поверхности Луны, а искусственные спутники Марса и Венеры измерили CT в окрестностях этих планет. Начаты исследования гравитац. полей Юпитера и Сатурна.

Лит.: Грушинский H. П., Сажинa H. В., Гравитационная разведка, 3 изд., M., 1981; Юаефович А. П., Огородова Л. В., Гравиметрия, M., 1980; Цубои Т., Гравитационное поле Земли, пер. с япон., M., 1982; Грушинский H. П., Основы гравиметрии, M., 1983.

H. П. Грушинский.

   <<      Предметный указатель      >>