Trọng lực và Trắc địa
Trọng lực và trắc địa đo trường trọng lực, hình dạng và kích thước của Trái Đất, sử dụng các biến đổi trong trọng lực để thăm dò cấu trúc mật độ bên dưới bề mặt và để xác định mặt Geoid làm chuẩn cho độ cao và mực nước biển.
Definition
Trọng lực và trắc địa cùng nhau bao gồm việc nghiên cứu và đo lường trường trọng lực và hình dạng hình học của Trái Đất, sử dụng phép đo trọng lực, đo cao và các kỹ thuật không gian để xác định mặt Geoid, các hệ quy chiếu và các biến đổi mật độ dưới bề mặt được ghi lại trong các dị thường trọng lực.
Scope
Lĩnh vực này bao gồm trường trọng lực của Trái Đất và việc xác định trắc địa của nó: lý thuyết trường thế và việc quy đổi các phép đo trọng lực thành dị thường, mặt Geoid và hình dạng của Trái Đất dưới dạng một ellipsoid tham chiếu cộng với các biến động, và nguyên lý đẳng tĩnh liên kết địa hình với cấu trúc mật độ bù trừ. Nó đề cập đến trắc địa vệ tinh và không gian, bao gồm định vị chính xác và các nhiệm vụ đo trọng lực chuyên dụng, và việc giải thích các dị thường trọng lực đối với cấu trúc vỏ và lớp phủ. Trọng tâm là mối quan hệ giữa trường trọng lực, hình dạng của Trái Đất và sự phân bố mật độ bên trong của nó.
Sub-topics
Core questions
- Các phép đo trọng lực được quy đổi thành dị thường tiết lộ mật độ dưới bề mặt như thế nào?
- Mặt Geoid là gì, và nó xác định hình dạng của Trái Đất như thế nào?
- Đẳng tĩnh liên hệ địa hình bề mặt với khối lượng bù trừ ở độ sâu như thế nào?
- Các nhiệm vụ vệ tinh và trắc địa không gian đo trường trọng lực và vị trí như thế nào?
Key concepts
- Thế hấp dẫn và dị thường trọng lực
- Hiệu chỉnh không khí tự do và Bouguer
- Mặt Geoid và ellipsoid tham chiếu
- Đẳng tĩnh và bù trừ vỏ Trái Đất
- Đo trọng lực vệ tinh và trắc địa không gian
Key theories
- Đẳng tĩnh
- Địa hình bề mặt phần lớn được bù trừ ở độ sâu sao cho các cột của vỏ và lớp phủ tạo ra áp suất gần như bằng nhau ở độ sâu bù trừ; các mô hình Airy và Pratt giải thích các ngọn núi bằng các rễ vỏ sâu hoặc bằng sự khác biệt mật độ ngang.
- Mặt Geoid và trắc địa vật lý
- Mặt Geoid, một bề mặt đẳng thế của trường trọng lực gần đúng với mực nước biển trung bình, xác định hình dạng của Trái Đất và mốc chuẩn cho độ cao; trắc địa vật lý liên hệ trọng lực đo được với mặt Geoid thông qua lý thuyết thế và các bài toán giá trị biên.
Clinical relevance
Trọng lực và trắc địa cung cấp các hệ quy chiếu và hệ thống độ cao làm nền tảng cho việc lập bản đồ, định vị và kỹ thuật; các dị thường trọng lực hướng dẫn thăm dò khoáng sản và dầu khí, và phép đo trọng lực vệ tinh theo dõi sự mất mát của các tảng băng, trữ lượng nước ngầm và sự thay đổi mực nước biển.
History
Newton đã dự đoán sự dẹt của Trái Đất, các cuộc thám hiểm đo cung vào thế kỷ XVIII đã xác nhận điều đó, Bouguer và Airy đã phát triển các phép quy đổi trọng lực và đẳng tĩnh vào thế kỷ XVIII và XIX, và kỷ nguyên vệ tinh, đỉnh điểm là các nhiệm vụ chuyên dụng như GRACE và GOCE, đã làm thay đổi việc xác định trường trọng lực và mặt Geoid.
Key figures
- Isaac Newton
- Pierre Bouguer
- George Biddell Airy
- Friedrich Robert Helmert
Related topics
Seminal works
- fowler2005
- hofmannwellenhof2006
- turcotte2014
Frequently asked questions
- Dị thường trọng lực là gì?
- Đó là sự khác biệt giữa trọng lực đo được tại một điểm và giá trị dự kiến cho một Trái Đất tham chiếu trơn tru sau các hiệu chỉnh tiêu chuẩn; các dị thường dương hoặc âm cho thấy vật liệu dày đặc hơn hoặc nhẹ hơn bên dưới, làm cho trọng lực trở thành một công cụ để thăm dò dưới bề mặt.
- Tại sao hình dạng của Trái Đất được mô tả bằng mặt Geoid thay vì một hình cầu?
- Vì khối lượng của Trái Đất được phân bố không đều và nó quay, trường trọng lực của nó không đều; mặt Geoid là bề mặt đẳng thế mềm mại, gồ ghề theo mực nước biển trung bình, cung cấp một tham chiếu có ý nghĩa vật lý cho độ cao mà một hình cầu đơn giản không thể.