Schwerkraft und Geodäsie
Schwerkraft und Geodäsie messen das Schwerefeld, die Form und die Größe der Erde. Sie nutzen Variationen der Schwerkraft, um die Dichtestruktur unter der Oberfläche zu untersuchen und das Geoid zu definieren, an dem Höhen und der Meeresspiegel referenziert werden.
Definition
Schwerkraft und Geodäsie umfassen gemeinsam die Untersuchung und Messung des Schwerefeldes und der geometrischen Form der Erde, wobei Gravimetrie, Nivellierung und Weltraumtechniken eingesetzt werden, um das Geoid, Referenzrahmen und die in Schwereanomalien erfassten Dichtevariationen im Untergrund zu bestimmen.
Scope
Dieser Bereich umfasst das Schwerefeld der Erde und seine geodätische Bestimmung: Potentialfeldtheorie und die Reduktion von Schweremessungen zu Anomalien, das Geoid und die Erdfigur als Referenzellipsoid plus Undulationen sowie das Prinzip der Isostasie, das Topographie mit kompensierenden Dichtestrukturen verknüpft. Er behandelt Satelliten- und Weltraumgeodäsie, einschließlich präziser Positionierung und spezieller Schwerefeldmissionen, sowie die Interpretation von Schwereanomalien für Krusten- und Mantelstrukturen. Der Schwerpunkt liegt auf der Beziehung zwischen dem Schwerefeld, der Erdform und ihrer internen Dichteverteilung.
Sub-topics
Core questions
- Wie werden Schweremessungen zu Anomalien reduziert, die die Dichte des Untergrunds aufzeigen?
- Was ist das Geoid und wie definiert es die Erdfigur?
- Wie verknüpft die Isostasie die Oberflächen-Topographie mit kompensierenden Massen in der Tiefe?
- Wie messen Satellitenmissionen und Weltraumgeodäsie das Schwerefeld und Positionen?
Key concepts
- Gravitationspotential und Schwereanomalien
- Freiluft- und Bouguer-Korrekturen
- Das Geoid und Referenzellipsoid
- Isostasie und Krustenkompensation
- Satellitengravimetrie und Weltraumgeodäsie
Key theories
- Isostasie
- Die Oberflächen-Topographie wird in der Tiefe weitgehend kompensiert, sodass Krusten- und Mantelsäulen in einer Kompensationstiefe nahezu gleichen Druck ausüben; die Modelle von Airy und Pratt erklären Gebirge durch tiefe Krustenwurzeln oder durch laterale Dichteunterschiede.
- Das Geoid und die Physikalische Geodäsie
- Das Geoid, eine Äquipotentialfläche des Schwerefeldes, die den mittleren Meeresspiegel annähert, definiert die Erdfigur und das Datum für Höhen; die physikalische Geodäsie verknüpft gemessene Schwerkraft über die Potentialtheorie und Randwertprobleme mit dem Geoid.
Clinical relevance
Schwerkraft und Geodäsie liefern die Referenzrahmen und Höhensysteme, die der Kartierung, Navigation und dem Ingenieurwesen zugrunde liegen; Schwereanomalien leiten die Mineral- und Erdölexploration, und Satellitengravimetrie verfolgt den Verlust von Eisschilden, die Grundwasserspeicherung und Meeresspiegeländerungen.
History
Newton sagte die Abplattung der Erde voraus, Expeditionen zur Bogenmessung im 18. Jahrhundert bestätigten sie, Bouguer und Airy entwickelten im 18. und 19. Jahrhundert Schwerereduktionen und Isostasie, und die Satellitenära, die in speziellen Missionen wie GRACE und GOCE gipfelte, revolutionierte die Bestimmung des Schwerefeldes und des Geoids.
Key figures
- Isaac Newton
- Pierre Bouguer
- George Biddell Airy
- Friedrich Robert Helmert
Related topics
Seminal works
- fowler2005
- hofmannwellenhof2006
- turcotte2014
Frequently asked questions
- Was ist eine Schwereanomalie?
- Es ist die Differenz zwischen der an einem Punkt gemessenen Schwerkraft und dem erwarteten Wert für eine glatte Referenzerde nach Standardkorrekturen; positive oder negative Anomalien weisen auf dichteres oder leichteres Material darunter hin, wodurch die Schwerkraft zu einem Werkzeug zur Untersuchung des Untergrunds wird.
- Warum wird die Erdform eher durch ein Geoid als durch eine Kugel beschrieben?
- Da die Masse der Erde ungleichmäßig verteilt ist und sie rotiert, ist ihr Schwerefeld unregelmäßig; das Geoid ist die sanfte, unebene Äquipotentialfläche, die dem mittleren Meeresspiegel folgt und eine physikalisch sinnvolle Referenz für Höhen bietet, die eine einfache Kugel nicht leisten kann.