1.Основные положения гравиметрии

Гравиметрия – это раздел науки об измерении величин, характеризующих гравитационное поле Земли и планет, и об использовании этих величин в геодезии, геологии, геофизике, космонавтике и других областях науки и техники.

Теоретической основой гравиметрии является закон всемирного тяготения Ньютона.

Основными измеряемыми величинами в гравиметрии являются ускорение силы тяжести и вторые производные потенциала силы тяжести.

Размерность ускорения силы тяжести g в системе СИ g измеряется в м*с^-2. В системе CGS за единицу ускорения силы тяжести принят гал =см*с^-2. Одна тысячная доля гала носит название миллигала (мГал), одна миллионная доля гала - микрогала (мкГал)..

Вторые производные потенциала силы тяжести имеют размерность : в системах СИ и CGS это будет с^-2_. Ускорение силы тяжести измеряют различными гравиметрами: баллистическими, маятниковыми и статическими. Вторые производные потенциала силы тяжести измеряют вариометрами.

Для измерения ускорения силы тяжести используют динамический и статический методы. В динамическом методе наблюдают за движением тела в реальном гравитационном поле. В статическом методе наблюдают состояние равновесия тела в реальном гравитационном поле под действием двух сил: силы тяжести и некоторой компенсирующей силы.

Кроме того, измерения ускорения силы тяжести делят на абсолютные и относительные. При абсолютных измерениях в точке измерения получают полное значение ускорения силы тяжести. При относительных измерениях получают только приращение ускорения силы тяжести между двумя точками.

На земной поверхности ускорение g изменяется приблизительно от 978 до 983 гал, возрастая от экватора к полюсам. Оно уменьшается с высотой над уровнем моря вблизи земной поверхности на величину около 0,3 мГал/м.

2. История гравиметрии, тенденции и перспективы развития

Первые измерения ускорения силы тяжести были выполнены в 16 веке Галилеем. Он использовал закон свободно падающего тела, согласно которому тело в первую секунду падения проходит путь, равный половине ускорения силы тяжести. Найденное значение ускорения силы тяжести оказалось довольно грубым. Толчок к развитию гравиметрии дало опубликование Гюйгенсом в 1673 году уравнения математического маятника:

(1.1)

где Т – период колебания математического маятника;

l – приведенная длина математического маятника;

g – ускорение силы тяжести.

Маятниковый прибор оказался тем самым простым и удобным прибором, который позволил выполнять измерения ускорения силы тяжести, начиная с 17 века вплоть до настоящего времени.

Однако первые маятниковые измерения выполнялись не с целью определения ускорения силы тяжести, а для задания эталона длины. Ускорение силы тяжести принималось величиной постоянной. Зависимость ускорения силы тяжести от широты наблюдения, формы Земли и от скорости вращения Земли.

В 1743 году эта зависимость была подтверждена математически строго доказательством теоремы Клеро.После опубликования теоремы Клеро гравиметрия стала неотъемлемой частью геодезии.

четыре этапа развития гравиметрии:

• становление теоретических основ (17 — 18 вв.);

• совершенствование маятниковых приборов и начало их использования (18—19 вв.);

• развитие вариометров и статических гравиметров, региональные гравиметрические съемки для геофизики (первая половина 20 века);

• развитие баллистических гравиметров и создание прецизионных гравиметрических сетей для решения задач геодезии, геофизики и геодинамики (начиная со второй половины 20 в.).

Наибольшее развитие гравиметрия получила уже в двадцатом веке.

достигнут большой прогресс в постановке работ по мировой гравиметрической съемке, создана надежная опорная гравиметрическая сеть, Значительный прогресс достигнут также и в гравиметрическом изучении Мирового океана. Проведена планомерная гравиметрическая съемка Арктики и осуществлен большой объем работ по съемке Антарктиды.

В последние годы в гравиметрии появился новый раздел, называемый спутниковой гравиметрией. Этот раздел занимается созданием и развитием методики получения карт аномалий силы тяжести в свободном воздухе по данным картирования рельефа поверхности океана посредством стационарных спутников. В настоящее время спутниковая гравиметрия располагает точностью 3-7 мГал и разрешением объектов размером 20-30 км. Точность метода существенно возрастает при совместном использовании результатов спутниковых измерений с данными локальных гравиметрических съемок.Спутниковые методы представляются весьма эффективными, так как они дают возможность изучать особенности гравитационного поля не только над морем, но и над сушей. Известную роль в исследованиях гравитационного поля Земли может сыграть определение высот квазигеоида из совместной обработки спутниковых определений координат и геометрического нивелирования.