Гравиметрия – наука об измерении величин, характеризующих гравитационное поле Земли. Гравиметрия используется для измерения и определения геометрических параметров Земли, геологического строения ее поверхности, изучения ее общего внутреннего строения и для решения других задач. Наш соотечественник М. В. Ломоносов, интересуясь проблемами тяготения, высказал идею измерения силы тяжести. Им был предложен газовый гравиметр – «универсальный барометр» , в котором сила тяжести компенсировалась упругостью пружины или газа. Эта идея была воплощена в жизнь только в 20 -м веке. Трудность состояла в том, чтобы точно измерить упругие деформации весьма малой величины. В данный период для этих целей применяют индукционные, емкостные, фотоэлектрические и другие методы регистрации.
Чувствительность лучших гравиметров достигает нескольких микрогал. Напряжённость гравитационного поля на экваторе Земли равна примерно 978 Гал, на полюсах – 982, 5 Гала. Единицы измерения сила тяжести: g ≈ 9. 8 m s-2 1 Гал = 1 см с-2 = 10 -2 м с-2 ≈ 0. 001 g 1 м. Гал = 10 -3 см с-2 = 10 -5 м с-2 ≈ 10 -6 g 1 m. Гал = 10 нм с-2 Гравитационное поле, или поле тяготения — физическое поле, через которое осуществляется гравитационное взаимодействие. В рамках классической физики гравитационное взаимодействие описывается «законом всемирного тяготения» Ньютона, согласно которому сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками с массами и пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:
Магнитометрия применяется при поисках нефти и газа для широких исследований на крупных территориях. Этот метод помогает выявить крупные глубоко погребенные зоны поднятий в изверженных и метаморфических породах, слагающих фундамент, подстилающий осадочную толщу. Выделение в фундаменте таких крупных элементов помогает разобраться и в основных чертах строения осадочной толщи пород. Современная магнитометрия имеет два типа приборов для измерения наклонения - инклинаторы стрелочный и индукционный. Инклинатор стрелочный представляет собой магнитную стрелку с горизонтальной осью вращения, проходящей через центр тяжести стрелки.
При измерении наклонения находят направление оси, при котором стрелка располагается вертикально, а затем поворотом оси вращения стрелки на 90° устанавливают стрелку по магнитному меридиану. Угол между направлением магнитной оси стрелки и горизонтальной плоскостью соответствует магнитному наклонению в месте измерения. Предельная точность определения наклонения стрелочным Инклинатор не превышает ± 2¢.
В основу конструкции индукционного инклинатора ( земного индуктора) положено явление индукции в проводнике, движущемся в магнитном поле. Существенной частью прибора является катушка, вращаемая около одного из своих диаметров. При вращении такой катушки в магнитном поле земли в ней не появляется эдс лишь в том случае, когда ее ось вращения совпадает с направлением поля. Это положение оси, отмечаемое отсутствием тока в гальванометре, на который замкнута катушка, отсчитывается на вертикальном круге.
Спутниковая гравиметрия Геофизический и геодезический метод, заключающийся в измерении поля силы тяжести. Как правило, объектом гравиметрии является Земля, однако спутники, направляемые к Марсу, Венере, Юпитеру и другим планетам также могут использоваться для гравиметрических наблюдений. Гравитационные аномалии Земли (по данным спутниковой миссии GRACE)
Различные концепции измерения, приводящие к трем методам изучения поля силы тяжести с помощью спутников • система спутник – спутник (satellite – to – satellite tracking, SST) из которых, и один высокий, другой низкий, реализованная в проекте CHAMP (Challenging Minisatellite Payload); • система спутник – спутник, в которой оба спутника низкие, реализованная в проекте GRACE (Gravity Recovery and. Climate Experiment); • спутниковая градиентометрия, реализуемая в проекте GOCE (Gravity Field and Steady State Ocean Circulation Explorer);
GOCE – научно-исследовательский спутник, проект ЕКА. Запущен 17 марта 2009 года, прекратил существование 11 ноября 2013 года
GOCE • Стрелообразная форма спутника; • Высота его орбиты — около 260 км; • Солнечно-синхронная орбита, наклонение 96. 5" • Точность определения геоида до 1— 2 см на масштабах порядка 100 км. Данные со спутника GOCE нашли многочисленные применения, в том числе при изучении опасныхвулканических регионов и прояснении поведения океана. Динамика океана являлась одной из главных целей спутника. Сопоставляя полученную информацию о форме геоида с информацией о высоте поверхности океана, полученной высотометрическими спутниками, учёные смогли проследить направление и скорость геострофических океанских течений.
GOCE: Аномалии Фая
GRACE - спутниковая миссия, направленная на изучение гравитационного поля Земли и его временных вариаций, связанных, в частности, с процессами изменения климата
GRACE картографирует гравитационное поле, измеряя положение двух идентичных спутников, находящихся на полярной орбите на высоте 500 км. Спутники были запущены с космодрома Плесецк 17 марта 2002. Спутники пролетают над каждым участком Земли приблизительно раз в месяц, что позволяет прослеживать естественные перемещения масс По данным GRACE была построена наиболее точная на данный момент карта глобального гравитационного поля Земли. По наблюдениям с 2002 по 2005 годы было доказано быстрое таяние льда Гренландии. В 2006 группа исследователей во главе с Ralph von Frese и Laramie Potts по данным GRACE обнаружила в Антарктиде геологическое образование диаметром около 480 км
Глобальные гравитационные модели Year▼ Degree⇅ GGM 05 G Model ⇅ 2015 240 S(Grace, Goce) Bettadpur et al, 2015 GOCO 05 s 2015 280 S(see model) Mayer-Gürr, et al. 2015 GO_CONS_GCF_2_SPW_R 4 2014 280 S(Goce) Gatti et al, 2014 EIGEN-6 C 4 2014 2190 S(Goce, Grace, Lageos), G, A Förste et al, 2014 ITSG-Grace 2014 s 2014 200 S(Grace) Mayer-Gürr et al, 2014 GO_CONS_GCF_2_TIM_R 5 2014 280 S(Goce) Brockmann et al, 2014 JYY_GOCE 04 S 2014 230 S(Goce) Yi et al, 2013 GOGRA 04 S 2014 230 S(Goce, Grace) Yi et al, 2013 EIGEN-6 C 3 stat 2014 1949 S(Goce, Grace, Lageos), G, A Förste et al, 2012 ITG-Goce 02 2013 240 S(Goce) Schall et al, 2014 GO_CONS_GCF_2_TIM_R 4 2013 250 S(Goce) Pail et al, 2011 EIGEN-6 C 2 2012 1949 S(Goce, Grace, Lageos), G, A Förste et al, 2012 EIGEN-51 C 2010 359 S(Grace, Champ), G, A Bruinsma et al, 2010 EIGEN-CHAMP 05 S 2010 150 S(Champ) Flechtner et al, 2010 ITG-Grace 2010 s 2010 180 S(Grace) Mayer-Gürr et al, 2010 EIGEN-5 C 2008 360 S(Grace, Lageos), G, A Förste et al, 2008 2007 2190 180 S(Grace), G, A S(Grace) Pavlis et al, 2008 Mayer-Gürr et al, 2007 EGM 2008 ITG-Grace 03 * Data ⇅ Reference ⇅ (Data: S = Satellite Tracking Data, G = Gravity Data, A = Altimetry Data)
Наиболее детальные глобальные модели гравитационного поля • ITG-GRACE 03 S – спутниковая (данные GRACE) Комбинированные • EGM 2008 = ITG-GRACE 03 S + рельеф ETOPO 1 + осредненные гравитационные аномалии 5’x 5’ • WGM 2012 = EGM 2008 + DTU 10 + рельеф ETOPO 1 • EIGEN-6 C 4 = EGM 2008 + DTU 10+ LAGEOS + GRACE + GOCE + ETOPO 1 Комбинированные морские • DNSC 08, DTU 10, DTU 13 - EGM 2008 , Cryosat, Jason (альтиметрия 1’х1’)
EGM 2008 • Earth Gravitational Model 2008 • Гравитационная модель земли (степени 2160 ) Основные разработчики N. K. Pavlis , S. A. Holmes , S. C. Kenyon , J. K. Factor
WGM 2012 - глобальная модель гравитационных аномалий (редукция Буге, изостатическая и редукция в свободном воздухе) высокого разрешения (2 угловые минуты), вычисленную на сферической геометрии. Создатель: Международное Бюро Гравиметрии (BGI) Сотрудничество с международными организациями Комиссия по геологической карте Мира (CGMW) ЮНЕСКО Международной ассоциации геодезии (IAG) Международного союза геодезии и геофизики (IUGG), Международного союза геологических наук (IUGS) Производная от гравитационных моделей EGM 2008 и DTU 10 и включают поправки за рельеф 1 -минутного разрешения, полученные с использованием модели рельефа ETOPO 1.
Спасибо за внимание
Скачать презентацию Гравиметрия наука об измерении величин характеризующих гравитационное
Подготовка к ГОСам.pptx