Gravimetrie

Der Begriff Gravimetrie bezeichnet die Methoden, mit denen das lokale Schwerefeld vermessen wird. Ziel ist die Bestimmung von Dichtevariationen im Untergrund. Anhand der unterschiedlichen Stärke des Gravitationsfeldes an verschiedenen Orten (Anomalien) lassen sich Aussagen über die Verteilung der Masse in der Erdkruste machen. Die Anomalien geben Aufschluss über abweichende Dichte von Gesteinen, Erdöl- oder Erzlager und unterschiedlich Dicken des Erdmantels. Eine andere Anwendung der Gravimetrie ist die Ermittlung von Niveauflächen des Erdschwerefeldes. Die gemessenen Variationen betragen nur einen kleinen Bruchteil der absoluten Feldstärke. Daher sind sehr präzise Messungen, eine genaue Höhenvermessung und die Durchführung einiger Korrekturen erforderlich. Die Interpretation der Daten ist nicht eindeutig, d.h. für jede an der Oberfläche gemessene Schwereanomalie gibt es theoretisch unendlich viele Dichteverteilungen, mit denen man die Daten erklären kann. Daher ist bei der Auswertung die Hinzunahme von Zusatzinformationen notwendig.

Grundlagen

Schwereformel

Das Schwerefeld der Erde hängt wegen der Abplattung und der Rotation von der geografischen Breite ab. Um an jeder Stelle eine normierte Gravitationsfeldstärke g_int angeben zu können, benutzt man die internationale Schwereformel

g_int =9,780318*[1 + 0.0053024*sin²(β) - 0.0000059*sin²(2β)] N/kg

Dabei ist β die geografische Breite. Die Schwere ist also am Pol (β = 90°) grösser als am Äquator. Die gebräuchliche Einheit (cm/s²) wird in Anlehnung an Galileo Galilei auch Gal genannt. Da die Anomalien sehr klein sind, benutzt man auch oft Milligal. 1 mGal = 0.001 cm/s² = 10^-5 N/kg.

Messprinzipien

Die Stärke des Gravitationsfeldes lässt sich mit Hilfe der Schwingungsdauer eines Pendels bestimmen, doch ist die relative Genauigkeit auf einige Millionstel beschränkt. Mit modernen Gravimetern, die nach dem Prinzip der Federwaage arbeiten, kann eine relative Messgenauigkeit von bis zu 10^-11 erreicht werden.