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Wussten Sie, wie die Schwerkraft der Erde eigentlich gemessen und interpretiert wird?
In unserem täglichen Leben scheint die Schwerkraft eine konstante und stabile Präsenz zu sein, doch tatsächlich ist die Messung und das Verständnis der Schwerkraft der Erde eine verworrene und heikle Aufgabe für die Wissenschaft. Unter Schwerkraftanomalie versteht man die Differenz zwischen dem beobachteten Schwerkraftwert und dem vom Vorhersagemodell vorhergesagten Wert. Dieses Messverfahren spiegelt nicht nur die Form der Erde wider, sondern liefert auch wertvolle Hinweise auf die Struktur des Untergrunds.
Die Messung der Schwerkraft und das Studium ihrer Schwankungen sind seit 1669 Teil wissenschaftlicher Forschung.
Wenn die Erde zu einem idealen abgeplatteten Sphäroid vereinfacht wird, können wir die Schwerkraft an jedem Punkt mithilfe eines einfachen Algorithmus berechnen. Die tatsächliche Erdoberfläche ist jedoch voller Gebirge und die Kruste weist eine andere Zusammensetzung auf, welche die Verteilung des Schwerefelds beeinflusst. Daher müssen wir uns bei der Messung von Schwerkraftanomalien zunächst auf eine Art Modell verlassen. Diese Modelle basieren normalerweise auf vereinfachten Annahmen, wie etwa, dass die Erde unter dem Einfluss ihrer eigenen Schwerkraft und Rotation ein rotierendes Ellipsoid bildet.
Während des Messprozesses verwendeten die Forscher ein tragbares Instrument namens Gravimeter, um Schwerkraftanomalien an jedem Punkt sorgfältig aufzuzeichnen. Schwerkraftanomalien werden häufig anhand verschiedener theoretischer Modelle verglichen, darunter der Bougen-Anomalie, der Freiraumanomalie und des isostatischen Anomaliemodells.
Durch eine detaillierte Analyse der Schwerkraftdaten können Geologen Rückschlüsse auf die Geologie des Untergrunds ziehen.
Der Ausgangspunkt für diese Modelle ist das Internationale Referenzellipsoid, und die sogenannte Normalgravitation wird für diese idealisierte Form korrigiert. Die darauf basierende Schwerkraftanomalie kann den Zustand und die Eigenschaften der inneren Struktur der Erde widerspiegeln. Da Schwerkraftmessungen auch durch die Gezeitenkräfte beeinflusst werden, sind mehrere Anpassungen erforderlich, darunter eine Gezeitenkorrektur, eine Geländekorrektur und eine Freiraumkorrektur.
Bei der Messung der Schwerkraftanomalie beträgt die Gezeitenkorrektur etwa 0,3 Milligal, hauptsächlich bedingt durch den Gravitationseinfluss des Mondes. Durch Geländeeinflüsse in Hoch- und Tieflagen kommt es zu Abweichungen in den Messergebnissen, so dass entsprechende Korrekturen an die jeweilige Geländebeschaffenheit vorgenommen werden müssen.
Die korrekte Berechnung von Schwereanomalien erfordert nicht nur hochentwickelte Instrumente, sondern auch detaillierte Kenntnisse über die lokale Gesteinsdichte und deren Struktur.
Die Freiraumkorrektur berücksichtigt die unterschiedliche Höhenlage der Messpunkte relativ zum Referenzellipsoid, wodurch unter der Erde die Gravitationsanziehung leicht reduziert ist. Darüber hinaus berücksichtigt die Bugen-Plattenkorrektur die Auswirkung externer Materialien auf die Schwerkraft, die in Zusammenhang mit der gemessenen Geländehöhe steht. Die Berechnung dieser Schwerkraftanomalien wird den Wissenschaftlern letztendlich dabei helfen, die Geheimnisse des Untergrunds zu entschlüsseln.
Wie andere Phänomene im Universum wird auch von Schwankungen der Schwerkraft angenommen, dass sie wichtige geologische Hinweise liefern. Beispielsweise ist die Bougen-Anomalie in Ozeanbecken überwiegend positiv, in hochkontinentalen Gebieten weist sie jedoch negative Werte auf, da die dicke Kruste mit geringer Dichte es dem Land ermöglicht, auf dem dichteren Mantel zu „schwimmen“.
Darüber hinaus sind die Schwerkraftmessungen der Erde nicht auf den Boden beschränkt; mit dem Fortschritt der Technologie werden auch Satelliten häufig für Schwerkraftmessungen eingesetzt. Solche Daten können mehr globale Schwerkraftdaten liefern, tiefe geologische Strukturen aufdecken und sogar einen Zaun der vulkanischen Aktivität.
Die Struktur und Dynamik des Erdinneren enthalten wichtige Informationen, die in diesen Schwerkraftanomalien verborgen sind.
Durch die Messung von Schwerkraftanomalien erfahren wir viel über die Erde, unter anderem über ihre Querschnittsstruktur, kinematische Variationen und interne dynamische Phänomene. Aufgrund dieser Anomalien sind Wissenschaftler in der Lage, unterirdische Metallerzlagerstätten, Salzstöcke usw. zu entdecken und sogar auf tiefer liegende Strukturen wie alte, verborgene Gräben zu schließen.
Es besteht kein Zweifel, dass bei der Erkennung von Schwerkraftanomalien nicht nur Dichteänderungen, sondern auch komplexere geologische Prozesse eine Rolle spielen. Es lohnt sich, darüber nachzudenken, wie sich diese Prozesse auf unsere natürliche Umwelt und unser Verständnis der Erde auswirken.
