Gravimetrie

Aerogravimetriemessung in Jordanien

Die Gravimetrie befasst sich mit der Schwerkraft der Erde. Sie ist sowohl in der Geodäsie als auch in der Geophysik angesiedelt. Während in der Geodäsie die mit der Erdfigur zusammenhängenden Fragen behandelt werden, insbesondere die Bestimmung des äußeren Schwerefeldes der Erde und die Erstellung eines globalen Netzes vermessener Punkte als Bezugsystem, interessiert man sich in der Geophysik mehr für die Dichteverteilung im Erdinneren. Eine gemessene Abweichung von einer „normalen“ Verteilung der Schwerkraft lässt Rückschlüsse auf Dichteinhomogenitäten im Untergrund zu.

Mit geeigneten Rechenverfahren zur Modellierung lassen sich quantitative Aussagen über die Geometrie und die Dichtekontraste der Störkörper machen. Dies können z.B. magmatische Intrusiv-Körper, lithologische Grenzen, Sediment-Becken, Änderungen der Krusten-Dicke oder Inhomogenitäten andere Ursache innerhalb der Erdkruste oder des oberen Mantels sein. In der angewandten Geophysik wird die Gravimetrie zur Erkundung oberflächennaherer Schichten eingesetzt, etwa in der Kohlenwasserstoff-Exploration, der Erkundung von Lagerstätten metallischer und nichtmetallischer Rohstoffe, in der Hydrogeologie, bei Baugrund- und Umwelt relevanten Untersuchung.

Die Schwerkraft wird mit Gravimetern gemessen Sie kann absolut bestimmt werden – etwa mit Pendeln, mittels Fallexperimenten oder heute mit sog. supraleitenden Gravimetern.

Solche Messungen sind jedoch sehr aufwändig, wenn man hinreichende Genauigkeit erreichen möchte. In der Praxis wird normalerweise relativ gemessen, d.h. es werden die Schwereänderungen zwischen Messpunkten bestimmt. Solche Gravimeter bestehen im Prinzip aus einer kleinen Probemasse, die an einem extrem empfindlichen System von Federn aufgehängt ist. Die Messgenauigkeit moderner Gravimeter liegt bei 10^-8 bis 10^-9 der gesamten Stärke der Schwerkraft an der Erdoberfläche. Bei Gravimetern wird die Empfindlichkeit bis an die Grenzen der mechanischen Möglichkeiten ausgenutzt.

Unerlässlich für die Gravimetrie ist die genaue Kenntnis der Ortskoordinaten jedes Messpunktes, insbesondere seiner Höhe. Heute können die Koordinaten problemlos mit hoher Präzision mittels differenziellem GPS ermittelt werden. Für eine sinnvolle Interpretation von Schweremessungen in polaren Gebieten, wie sie von der BGR durchgeführt werden, benötigen wir außerdem Informationen über die Eisbedeckung. Dazu messen wir die Eisdicken mit dem Radio-Echo-Sounding (RES)-Verfahren, das heute flächendeckend von der aus Luft angewandt werden kann.

Folgende Links zeigen Beispiele gravimetrischer Vermessungen in der Antarktis:

Bouguer Anomaly Victoria Land, Antarctica Quelle: BGR

Gravimetrie in der Antarktis

Bouguer Anomalienkarte des Victoria Landes

Die Isostatische Anomalie des Königin Maud Landes

Gravity Survey at the Oates Coast during GANOVEX VIII

An Airborne Gravity Survey in East Antarctica during PCMEGA

Gravity survey along a traverse from Patriot Hills to the South Pole