Par to, ko zinātne pēta Zemes gravitācijas lauku, jūs uzzināsit no šī raksta.

Zinātne, kas pēta Zemes gravitācijas lauku

Cilvēka dabā ir visu pētīt, un gravitācijas lauks nebija izņēmums. Tāpēc ir zinātne, kas nodarbojas ar šiem jautājumiem. Šī ir ģeodēzija, vecākā lietišķā un fundamentālā zinātne, kas pēta visu mūsu planētu un tās fiziskos laukus.

Kas ir ģeodēzija?

Ģeodēzija ir zinātne par Zemi, figūru, Zemes rotācijas parametriem, gravitācijas lauku un izmaiņām laika gaitā. Tas ir cieši saistīts precesijas izpētes jomā ar astrometriju un planētas griešanās ātruma un Zemes pola kustības ar nutāciju jomā.

Ģeodēzija savās metodēs balstās uz plašu un dažādu sasniegumu klāstu fizikas un matemātikas jomā. Zinātne pēta Zemes ģeometriskās, kinemātiskās un dinamiskās īpašības gan kopumā, gan atsevišķās tās sadaļās.

Starp galvenajiem ģeodēzijas uzdevumiem ir:

• Zemes izmēra, formas un gravitācijas lauka noteikšana.
• Vienas koordinātu sistēmas sadalījums pa vienas valsts teritoriju, visu kontinentu un Zemi.
• Dažāda veida mērījumu veikšana uz planētas virsmas.
• Atsevišķu planētas virsmas posmu attēlojums topogrāfiskajos plānos un kartēs.
• Zemes garozas bloku globālo un fundamentālo pārvietošanās izpēte.

Arī ģeodēzija kā zinātne ir sadalīta šādās disciplīnās.

G.P.Z., 17.-18.lpp gravitācijas lauks; spēka lauks, ko rada Zemes pievilkšanās (gravitācija) un tās ikdienas rotācijas radītais centrbēdzes spēks. Tas ir (nedaudz) atkarīgs arī no Mēness, Saules un citu debess ķermeņu pievilcības un Zemes atmosfēras masām. Zemes gravitācijas lauku raksturo gravitācija (F t; P = F pr + F cb), gravitācijas potenciāls un dažādi atvasinājumi no tā. Potenciālam ir dimensija cm 2 .sek–2. Pirmo potenciāla atvasinājumu, ieskaitot gravitācijas, mērvienību gravimetrijā uzskata par miligalu ( dūmaka), vienāds ar 10–3 cm.sek-2, un otrie atvasinājumi ir Eotvös ( E), vienāds ar 10–9 sek–2 , kat. raksturo gravitācijas izmaiņas par 0,1 mGal 1 km attālumā. To gravitācijas potenciāla daļu, kas ir saistīta tikai ar Zemes masu pievilcību, sauc par gravitācijas potenciālu jeb ģeopotenciālu. Gravitācijas potenciāls tiek izmantots, pētot Zemes figūru tuvu G.P.Z. līmeņa virsmai. (virsmu sauc par līmeni, kurā visos punktos ir potenciāls vienāda vērtība; gravitācija ir vērsta uz to normāli). Vienu no līmeņa virsmām, kas sakrīt ar netraucētu vidējo okeānu virsmu, sauc par ģeoīdu.

F=G*m 1 m 2 /r 2

G-gravitācijas konstante =66,7*10 -12 m 3 /(kg*s 2); Tās fiziskajā nozīmē gravitācijas konstante ir spēks, kas iedarbojas starp divām masām, kas atrodas viena metra attālumā; m 1 - Zemes masa; m 2 ir cita ķermeņa masa; pieņemot, ka r = 1 m. Gravitācija un pievilkšanas spēks, dažādi jēdzieni. Polā gravitācijas spēks ir lielāks nekā pie ekvatora.

Attēlā parādīti gravitācijas komponenti, kur Fcb ir centrbēdzes spēks, kas rodas, griežoties Zemei ap savu asi, kas vērsts pa normālu r uz rotācijas asi un vienāds ar: Fcb=ω 2 r=v 2 /r, kur ω=2πT-leņķiskā ātruma rotācija (Zemes rotācijas T-periods); r - attālums no punkta A līdz rotācijas asij,

2. Gravitācija un tās sastāvdaļas 7., 12., 13. lpp Spēku, ar kādu ķermenis pievelk Zemei Zemes gravitācijas lauka ietekmē, sauc par gravitāciju. Tas ir galvenais lielums, ko mēra gravitācijas pētījumos. Gravitācijas ietekme izpaužas faktā, ka ķermeni ar masas vienību m=1 Zeme pievelk ar spēku P = mg, kur g ir paātrinājums Brīvais kritiens.Spēks P ir pievilkšanas spēks Fp un centrbēdzes spēks Fc, t.i., P = Fp + Fc, kur Zemes masa M = 5,974 * 10 24 kg, polārais rādiuss b = 6357 km, ekvatoriālais rādiuss a = 6378 km, kompresijas pakāpe a = (A- b)/a= 1/298,25, vidējais Zemes rādiuss R = 6,371 km. Attēlā parādīti gravitācijas komponenti, kur Fcb ir centrbēdzes spēks, kas rodas, griežoties Zemei ap savu asi, kas vērsts pa normālu r uz rotācijas asi un vienāds ar: Fcb=ω 2 r=v 2 /r, kur ω=2πT-leņķiskā ātruma rotācija (Zemes rotācijas T-periods); r - attālums no punkta A līdz rotācijas asij,

v= ωr-lineārais ātrums uz Zemes virsmas. Zemes griešanās periods (astronomiskā diena) ir T = 86164 s, lineārais griešanās ātrums ir maksimālais pie ekvatora (v e = 460 m/s) un ir vienāds ar nulli pie ģeogrāfiskajiem poliem. P-smaguma spēks uz virsmas punktā A ir divu spēku - pievilkšanas spēka un centrbēdzes spēka - rezultāts. P= Fp+ Ftsb; Fп ir pievilkšanās spēks starp divām punktu masām, kas atrodas attālumā R.

Kā redzams attēlā, vispārējā gadījumā gravitācijas spēks nav vērsts precīzi uz Zemes centru, novirze galvenokārt ir atkarīga no centrbēdzes spēka lieluma.

Saskaņā ar universālās gravitācijas likumu uz Zemes virsmas (vai šīs virsmas tuvumā) uz ķermeni ar masu m iedarbojas gravitācijas spēks F t =GMm/R 2, kur M ir Zemes masa; R ir Zemes rādiuss.
Ja uz ķermeni iedarbojas tikai gravitācijas spēks un visi pārējie spēki ir savstarpēji līdzsvaroti, ķermenis piedzīvo brīvu kritienu. Saskaņā ar Ņūtona otro likumu un formulu F t =GMm/R 2 gravitācijas paātrinājuma modulis g atrodams pēc formulas g=F t /m=GM/R 2. No formulas g=F t /m=GM/R 2 izriet, ka brīvā krišanas paātrinājums nav atkarīgs no krītošā ķermeņa masas m, t.i. visiem ķermeņiem iekšā šī vieta Uz zemes ir tāpat. No formulas g=F t /m=GM/R 2 izriet, ka Ft = mg. Vektora formā F t =mg. Tā kā Zeme nav sfēra, bet gan revolūcijas elipsoīds, tās polārais rādiuss ir mazāks par ekvatoriālo rādiusu. No formulas F t =GMm/R 2 ir skaidrs, ka šī iemesla dēļ gravitācijas spēks un tā radītais gravitācijas paātrinājums polā ir lielāks nekā pie ekvatora. Smaguma spēks iedarbojas uz visiem ķermeņiem, kas atrodas Zemes gravitācijas laukā, bet ne visi ķermeņi nokrīt uz Zemi. Tas izskaidrojams ar to, ka daudzu ķermeņu kustību kavē citi ķermeņi.

No universālās gravitācijas likuma izriet, ka gravitācijas spēks un tā izraisītais gravitācijas paātrinājums samazinās, palielinoties attālumam no Zemes. Augstumā h no Zemes virsmas gravitācijas paātrinājuma moduli nosaka pēc formulas

3. Pievilkšanās spēks un tā potenciāls 8.-11.lpp Pievilcības spēks F p, kas darbojas starp divām masām, tiek aprēķināts saskaņā ar Ņūtona gravitācijas pievilkšanas likumu un ir vērsts aptuveni uz Zemes centru. Punktu masām m 1 un m 2, kas atrodas attālumā r (r = 1 m) viena no otras, pievilkšanās spēks F p = Gm 1 * m 2 / p 2 un ir vērsts pa taisnu līniju, kas savieno šīs masas. Konstanti G sauc par gravitācijas konstanti. G=6,67*10 -11 m3/kg*s2. Par punktveida masām var ņemt tikai viendabīgas vai viendabīgi slāņainas sfēras ar ierobežotu izmēru, visos pārējos gadījumos masu izmēriem jābūt bezgala maziem, salīdzinot ar attālumiem starp to centriem. Dabiski, ka Zemes sferoīdu nevar sajaukt ar punktu masu. Lai aprēķinātu zemes sferoīda gravitācijas spēku, tas jāsadala bezgalīgi mazu tilpumu masās dQ(punktu masas). Visa zemes sferoīda pievilcība ir vienāda ar katras tajā ievietotās punktveida masas pievilcības integrālo summu. Bet mēs nevaram apkopot iegūtos rezultātus aritmētiski, jo dažādu punktu masu elementāro pievilkšanas spēku darbības virzieni izrādās atšķirīgi. Šādu summēšanu var veikt tikai atsevišķi pievilcības spēka komponentiem gar asīm x, y, z. Funkcijai V(x,y,z) ir tāda īpašība, ka tās atvasinājumi gar x,y,z ir vienādi ar pievilkšanas spēka komponentiem pa attiecīgajām koordinātu asīm, to sauc par pievilcības potenciālu. Pievilcības daļējais atvasinājums potenciāls jebkurā patvaļīgā virzienā s ir vienāds ar pievilcības spēka projekciju šajā virzienā:

Kā piemēru masu pievilkšanai kosmosā aplūkosim attēlu, kur P-patvaļīgs punkts, kas atrodas uz zemes sferoīda virsmas, koordinātu izcelsme atrodas zemes centrā, z ass ir izlīdzināta ar asi rotācija un asis x, y atrodas ekvatora plaknē. Saskaņā ar Ņūtona likumu, ja vienu no punktu masām punktā P uz Zemes sferoīda virsmas uzskata par masas vienību, tad otra punkta masa dm, kas attēlo Zemes masu kopumu ar nemainīgu blīvumu, piesaistīs šo vienību. masa ar spēku dF=Gdm/ρ 2, kur ρ -attālums starp punktu masām. Tātad dm-punkta masa ir tās centra koordinātas.

4. Gravitācija un tās potenciāls 13.-14.lpp Smaguma spēks () ir divu spēku rezultāts - Ņūtona pievilkšanās spēks ar visu Zemes masu () un centrbēdzes spēks, kas rodas Zemes ikdienas rotācijas rezultātā (). Uz masas vienību šos spēkus raksturo gravitācijas paātrinājumi g=F/m, Ņūtona pievilcība f=F n/m un centrbēdzes P=P/m. Smaguma paātrinājums ir vienāds ar gravitācijas paātrinājuma un centrbēdzes paātrinājuma ģeometrisko summu Jebkuras masas () pievilkšanās spēku pret visu Zemes masu () nosaka Ņūtona universālās gravitācijas likums: F=G* m 1 m 2 /r 2 Kur r ir attālums starp masas centriem m un M, t.i. Zemes rādiuss; g ir gravitācijas konstante, vienāda ar G=6,67*10 -11 m 3 /kg*s 2. P vērtība mainās no nulles pie pola ( R=0) maksimāli pie ekvatora. gravitācijas spēku gandrīz pilnībā nosaka pievilkšanas spēks. Zemes rādiusa atšķirība pie pola un ekvatora, kā arī centrbēdzes spēka izmaiņas izraisa g pieaugumu polā, salīdzinot ar g pie ekvatora.

Spēka potenciāls (W) ir neatņemama funkcija, kas ir enerģijas mērs, kas iztērēts masas vienības pārvietošanai no katra lauka punkta līdz bezgalībai. g=-dW/dr, t.i. gravitācija ir gravitācijas potenciāla atvasinājums Zemes centra virzienā. Tāpēc gravitācijas lauku var attēlot kā bezgalīgi daudzu virsmu kopumu, uz kurām potenciāls paliek nemainīgs, un gravitācijas paātrinājums ir vērsts perpendikulāri šai virsmai. Šādas virsmas sauc par ekvipotenciālu vai līmeni. Zemei ir viena līdzena virsma, kas sakrīt ar neskarto okeānu virsmu. To sauc par ģeoīdu. Ģeoīds ir nosacīta līdzena virsma, kas sakrīt ar vidējo okeānu un atklāto jūru līmeni, iet zem zemes un pēc definīcijas ir visur horizontāla, un gravitācijas paātrinājums ir tai perpendikulārs.

gravitācija ir pievilkšanas spēka un centrbēdzes spēka ģeometriskā summa, tā projekcija uz koordinātu asīm

Wx = Vx+ Ak, Wу = Vу+ jūs, W z = V z (Uz=0), kur

W = V+ U

Uz līdzenas virsmas darbojas tikai parastā (vertikālā) gravitācijas komponente un nedarbojas horizontālās sastāvdaļas.

Smaguma spēks, atšķirībā no gravitācijas potenciāla, dažādos nomestās virsmas punktos nav vienāds, bet ir vērsts tikai normāli.

5. Otrie gravitācijas potenciāla atvasinājumi, to fiziskā nozīme un ģeoloģiskās izpētes nozīme. Gravitācijas potenciāla atvasinājumi pa trim koordinātu asīm g x =∂W/∂x; g y =∂W/∂y; g z =∂W/∂z; unikāli noteikt tā pilno vektoru. Jo īpaši, ja ass z tieši uz Zemes centru, tad ∂W/∂x=∂W/∂y=0; un g=∂W/∂x. Gravimetrijā papildus pirmajiem atvasinājumiem tiek pētīti potenciāla otrie atvasinājumi vai to atšķirības: ∂ 2 W/∂x∂y; ∂ 2 W/∂x∂z; ∂ 2 W/∂y∂z; ∂ 2 W/∂x 2; ∂ 2 W/∂y 2 ; ∂ 2 W/∂z 2 ; ∂ 2 W/∂x 2 – ∂ 2 W/∂y 2 . Tiek saukti tie atvasinājumi, kuriem ir dz. Gravitācijas gradienti un tiek izmantoti izpētes nolūkos gravitācijas izpētē; Pārējie nāks pētīt Zemes figūru (formu). Zemes figūru var izpētīt tikai ar gravitācijas lauku. Šo izteiksmju fizisko nozīmi ir viegli iegūt, ja paturam prātā, ka g=∂W/∂z. Tātad otrais atvasinājums ∂ 2 W/∂x∂z=∂g/∂x norāda gravitācijas izmaiņu ātrumu pa asi X, t.i. ir gravitācijas horizontālais gradients. Kopējais horizontālais gravitācijas gradients ir kvadrātsakne no W g =W 2 xz +W 2 yz. Otrajiem atvasinājumiem ∂ 2 W/∂x∂z un ∂ 2 W/∂z 2 ir līdzīga nozīme.

Praktiskā gravitācijas gradienta mērvienība ir 1 etvos( E), kas atbilst gravitācijas izmaiņām 0,1 mGal uz 1 km. Otrie gravitācijas potenciāla atvasinājumi tiek izmantoti ģeoloģiskās izpētes un ģeodēzisko problēmu risināšanā. Potenciāla otro atvasinājumu anomālā daļa ļauj spriest par blīvuma neviendabīgumu augšējās daļas zemes garoza.

6. Normālās gravitācijas vērtības. 18. lpp Smaguma normālā vērtība (γ 0) ir gravitācijas spēks, ko rada Zemes ikdienas rotācija un gravitācija, pieņemot, ka tas sastāv no vienāda blīvuma koncentriskiem slāņiem. Ņemot Zemi par sferoīdu, Klēro tā aprēķināšanai saņēma šādu aptuvenu formulu: γ = γ e (1+βsin 2 φ), kur γ e ir gravitācijas spēks pie ekvatora; φ - novērošanas punkta ģeogrāfiskais platums; β-koeficients atkarībā no sferoīda rotācijas leņķiskā ātruma un saspiešanas. Koeficients β ~ 1/189 raksturo gravitācijas relatīvo pieaugumu pie poliem, salīdzinot ar tā vērtību pie ekvatora. Klēra formula atspoguļo gravitācijas sadalījumu uz Zemes virsmas tikai aptuvenā tuvinājumā. To nevar izmantot, aprēķinot gravitācijas anomālijas, jo šajā gadījumā pieļautās kļūdas ievērojami pārsniedz pētāmo ģeoloģisko struktūru radīto anomāliju apjomu. Tāpēc gravitācijas pētījumos tiek izmantota precīzāka formula, kas dod gravitācijas sadalījumu uz viendabīga sauszemes sferoīda virsmas, un tās virsmas gravitācijas normālās vērtības tiek aprēķinātas, izmantojot formulu: gamaγ= γ e (1+β 1 sin 2 φ- β 2 sin 2 2φ) - gravitācijas normālās vērtības formula; Koeficienti β, β 1 ir atkarīgi no Zemes formas, tās griešanās leņķiskā ātruma un masas sadalījuma. Ir vairāki gravitācijas normālās vērtības formulas varianti, kas atšķiras viens no otra ar koeficientu γ e, β 1 un β 2 vērtībām.

Koeficienti pēc Helmerta formulas (mGal)

Koeficienti saskaņā ar Kasīni formulu (mGal)

Koeficienti ir atšķirīgi, jo pastāv neatbilstība atkarībā no platuma.

7. Samazinājumi un gravitācijas anomālijas. Novērotajās gravitācijas vērtībās tiek ieviestas korekcijas (samazinājumi). Korekciju ieviešana ir nepieciešama, jo normālās vērtības attiecas uz ģeoīda virsmu, kas sakrīt ar okeāna līmeni, un izmērītās vērtības attiecas uz faktisko (reālo) zemes virsmu. Lai visi gravitācijas novērojumi būtu salīdzināmi, tie tiek reducēti uz vienu virsmu - ģeoīda līmeni, t.i. it kā pazeminot novērošanas punktu līdz šim līmenim. Tas tiek darīts, ieviešot korekcijas attiecībā uz augstumu, starpslāņa pievilcību un apkārtējo reljefu. Grozījumus sauc par samazinājumiem. Galvenie ir: korekcija augstumam, starpslāņa pievilkšanai, reljefam. Lai sasniegtu izmērīto vērtību g n līdz okeāna līmenim, tiek ieviesta augstuma (∆g) korekcija. Šo grozījumu sauc par "brīvā gaisa" grozījumu vai Fye grozījumu. Šī korekcija jāpievieno izmērītajam smagumam, ja novērošanas punkts atrodas virs ģeoīda līmeņa, un jāatņem, ja tas atrodas zemāk. Ieviešot starpslāņa pievilcības korekciju (∆g 2), tiek aprēķināta masu pievilkšanās no slāņa starp okeāna līmeni un doto punktu. Lai ņemtu vērā novērošanas punktu ieskaujošā reljefa sānu pievilcību, veicot uzmērīšanu kalnu apvidos, tiek ieviestas topogrāfiskās korekcijas (∆g 3). Ģeodēziskajā gravimetrijā ar gravitācijas anomāliju saprot starpību starp novēroto vērtību (g n) un normālo vērtību (γ 0), ņemot vērā Fay korekciju, to aprēķina pēc formulas ∆g f ~g n -γ 0 +g 1 un to sauc par Fay anomāliju. Galvenā gravitācijas izpētes anomālija ir Bouguer anomālija: ∆g B =g n -γ 0 + ∆g 1 + ∆g 2 +∆g 3 = g n -g teorija; kurā ir ieviesti visi grozījumi.

Augstuma un starpslāņa korekciju aprēķināšanai ir parādīts attēls, kur g n ir lauka novērotā vērtība, σ ir virs jūras līmeņa esošā slāņa blīvums, kura augšējo robežu nosaka reljefs, un novērošanas punkts. uz virsmas atrodas augstumā h attiecībā pret jūras līmeni Lai aprēķinātu Lai noteiktu gravitācijas anomālijas, normālajam gravitācijas laukam jāatbilst novērošanas punkta līmenim un novērošanas apstākļiem. Tāpēc novērošanas punkta augstuma gravitācijas normālajās vērtībās ɤ tiek ieviesta korekcija vai samazinājums, novēršot šīs neatbilstības un tuvinot aprēķinātās normālās vērtības līdz novērošanas punkta līmenim un guļošo masu ietekmei. virs jūras līmeņa tiek atņemta no lauka g n novērotās vērtības.

8. Smaguma anomālijas Buge.21.lpp Tiek izsaukta kopējā augstuma, starpslāņa un reljefa korekcija Bouguer grozījums, novērojumiem virs jūras līmeņa tas būs vienāds ar :

Bouguer anomālijas:

Bouguer anomālija obligāti tiek izmantota gravitācijas izpētes darbos.

Gravitācijas anomāliju profili un kartes Bouguer redukcijā ir galvenais materiāls turpmākai gravitācijas datu interpretācijai.

Bouguer anomālija: ∆g B =g n -γ 0 + ∆g 1 + ∆g 2 +∆g 3 = g n -g teorija; kurā ir ieviesti visi grozījumi. Ar g teoriju tiek saprasta novēroto vērtību kopējā korekcija, ko var noteikt pirms darba veikšanas, jo tā satur tikai novērojumu punktu topogrāfiskās koordinātas (φ,H). To aprēķina, izmantojot datoru. Aprēķinot Bouguer anomālijas, jāizšķir divi gadījumi: 1) novērošanas punkts atrodas uz sauszemes; 2) novērošanas vieta atrodas jūrā. Pirmajā gadījumā punktiem 1, 2, 5, 6, kas atrodas uz sauszemes, Bouguer anomāliju aprēķina pēc formulas: 3. un 4. punktam, kas atrodas jūrā, starpslāņa ietekmes korekciju aprēķina, izmantojot formula: Bouguer anomālija šajā gadījumā tiek aprēķināta, izmantojot formulas, ņemot vērā aprēķināto pēc formulas

9. Ģeoloģiskie faktori, kas veido Bouguer anomālijas.25.lpp Bouguer anomāliju aprēķina kā starpību starp novērotajām un normālām gravitācijas vērtībām, ieviešot kopējo augstuma, starpslāņa un reljefa korekciju. Novērojumiem virs jūras līmeņa tas būs vienāds ar:

Tiek saukta gravitācijas anomālās vērtības izteiksme Bouguer anomālijas:

Pēc gravitācijas normālās vērtības un Bouguer korekcijas atņemšanas no novērotā lauka, tā atlikušā daļa - gravitācijas anomālija - raksturo blīvuma neviendabīgumu ietekmi, kas atrodas Zemes iekšienē. Pētot anomāliju izplatību uz Zemes virsmas, varam iegūt informāciju par tās iekšējo uzbūvi. Būtiska loma Bouguer anomālijas aprēķinā ir starpslāņa blīvuma izvēlei: ja blīvums tiek uzskatīts par pārāk zemu, tad ir iespējama tieša korelācija starp anomālijas vērtībām un fiziskās virsmas reljefu; ja slāņa blīvums ir ievērojami pārvērtēts, tad tiks novērota negatīva korelācijas atkarība. Aprēķinot gravitācijas anomālijas, par vienu no starpslāņa blīvuma vērtībām tiek ņemta vidējā zemes garozas blīvuma vērtība - 2,67 g/cm 3 . Ģeoloģiskai interpretācijai ir ieteicams aprēķināt Bouguer anomālijas ar dabiskos apstākļos iegūto starpslāņa patieso (reālo) blīvumu klintis. Bouguer anomāliju nulles vērtību kontūru atrašanās vieta uz zemes ir atkarīga no tā, kura formula tika izmantota, lai aprēķinātu gravitācijas normālās vērtības (Helmerts vai Cassinis), kā arī no starpslāņa blīvuma vērtības. Bouguer korekcijā.

10. Gravitācijas lauka transformācijas metodes un to būtība 55.-56.lpp. Novērotais gravitācijas lauks attēlo dažādu traucējošo masu radīto anomāliju summu: , kur ∆ k g a ir anomālija, ko izraisa viena no traucējošajām masām. Lai atklātu anomāliju no interesējošās ģeoloģiskās struktūras kopējā gravitācijas laukā, tās intensitātei ir jābūt pārākai par anomāliju intensitāti no visām citām traucējošām masām. Šādas problēmas risinājums ir iespējams tikai tad, ja anomālijas atšķiras pēc savām īpašībām, ko var izraisīt dažāda dziļuma un formas traucējošās masas un citas pazīmes. Gravitācijas anomāliju atdalīšanas darbības var iedalīt 3 klasēs: 1. novērotā anomāliju lauka analītiskā turpinājums. Pārveidojumi ir balstīti uz to, ka anomālijas no maziem un sekliem objektiem, pārrēķinot lauku uz augšu, tiek izlīdzinātas ātrāk nekā anomālijas no lielām un salīdzinoši dziļām masām, un otrādi: pārrēķinot lauku uz leju, anomālija. sāk labāk atbilst objekta formai, savukārt attāliem objektiem anomālijas joprojām paliek neskaidras. Piemērs ir gravitācijas anomāliju pārrēķins augšējā pustelpā uz jaunu līmeni z 0 un tiek reducēts līdz Puasona integrāļa aprēķināšanai:

2. Anomālā lauka vidējā noteikšana. Izmanto, lai atrastu reģionālas anomālijas. To veic, aprēķinot vidējās ∆g vērtības noteiktā apgabalā. 3. Gravitācijas potenciāla augstāko atvasinājumu aprēķins (vertikāli un horizontāli). Pievilcīgā spēka potenciāla augstāku atvasinājumu izmantošana dažos gadījumos ļauj identificēt lokālas anomālijas, ko izraisa zemas amplitūdas struktūras nogulumu secībā, un labvēlīgos apstākļos lielas naftas un gāzes atradnes.

Attēlā parādīti dažādu gravitācijas lauka transformāciju frekvences raksturlielumi, kur 1 - vidējo rādītāju noteikšana; 2- analītisks turpinājums augšējai pustelpai; 3 - analītisks turpinājums apakšējā pustelpā; 4 - augstāko atvasinājumu aprēķini; 5-analītisks augstāko atvasinājumu turpinājums augšējā pustelpā.

11. Gravitācijas datu kvalitatīvā un kvantitatīvā interpretācija 52.-55.lpp. Kvalitatīva interpretācija. Gravitācijas apsekojuma datu interpretācija ir sadalīta kvalitatīvā un kvantitatīvā. Pirmais gravitācijas aptaujas rezultātu interpretācijas posms ir kvalitatīvā interpretācija.

Kvalitatīva interpretācija sastāv no novērotā anomālā lauka pazīmju analīzes, kā rezultātā tiek iegūta informācija par anomāliju avotiem. Tas ir balstīts uz analoģiju metodes pielietošanu un gravitācijas uzmērīšanas datu salīdzināšanu ar citām ģeofizikālajām metodēm un urbumiem. Pamatojoties uz kvalitatīvās interpretācijas rezultātiem, tiek sastādīta gravitācijas anomāliju sadalījuma diagramma, kuru pēc tam izmanto pētāmās teritorijas tektoniskajai zonēšanai. Kvalitatīva interpretācija sniedz vizuālu gravitācijas anomāliju būtības aprakstu kartēs un profilos, t.i. novirzes no vidējām (fona) vērtībām∆g B. Tiek konstatēta saikne starp gravitācijas anomālijām un ģeoloģisko uzbūvi, tiek noteiktas reģionālās anomālijas, kas saistītas ar zemes garozas struktūru, un lokālās. Reģionālos izraisa lieli zemes garozas pacēlumi un ieplakas, kā arī petrogrāfiskā sastāvā neviendabīgi kristāliskā pagraba bloki. Vietējās anomālijas, kas bieži rada lielu izpētes interesi, atrodas reģionālās anomālās zonās un bieži ir saistītas ar vietējām struktūrām nogulumiežu pārsegumā vai ar tektonisko traucējumu zonām. Reģionālo anomāliju izolēšana no vietējām tiek saukta par reģionālo fona noņemšanu. Parasti tas tiek darīts grafiski.

Kvantitatīvā interpretācija. Gravitācijas apsekojuma datu kvantitatīvā interpretācija ietver tiešo un apgriezto problēmu atrisināšanu. Vispārīgi noteikumi. Novērotās anomālijas veidojošo ģeoloģisko ķermeņu dziļuma, formas, izmēra un precīzas atrašanās vietas noteikšana ir kvantitatīvās (skaitļošanas) interpretācijas galvenais mērķis, kas balstās uz apgrieztās gravitācijas problēmas risināšanas metodēm. Apgrieztās problēmas risinājums ir neskaidrs, jo identiskas gravitācijas anomālijas var radīt ģeoloģiskie objekti dažādas formas, izmērs un blīvums. Gravitācijas izpētes apgrieztās problēmas risināšanas metodes parasti iedala tiešajās, kurās gravitācijas masu rašanās elementus nosaka tieši no kartēm un grafikiem (vai potenciāla otriem atvasinājumiem), un netiešajās, kad novērotās anomālijas salīdzina ar teorētiski aprēķinātu anomāliju kopums pāri noteikti objekti, un izmantojot secīgo tuvinājumu metodi, tiek panākta vislabākā lauku atbilstība. Tiešas un apgrieztas problēmas var atrisināt bumbiņai, horizontālam apaļam cilindram, vertikālam pakāpienam, kontaktvirsmai, patvaļīgas formas objektiem.

Gravitācija, kas pazīstama arī kā pievilcība vai gravitācija, ir universāla matērijas īpašība, kas piemīt visiem objektiem un ķermeņiem Visumā. Gravitācijas būtība ir tāda, ka visi materiālie ķermeņi piesaista visus citus ķermeņus sev apkārt.

Zemes gravitācija

Ja gravitācija ir vispārējs jēdziens un kvalitāte, kas piemīt visiem objektiem Visumā, tad gravitācija ir šīs visaptverošās parādības īpašs gadījums. Zeme pievelk sev visus materiālos objektus, kas atrodas uz tās. Pateicoties tam, cilvēki un dzīvnieki var droši pārvietoties pa zemi, upes, jūras un okeāni var palikt to krastos, un gaiss nevar lidot pāri plašajiem kosmosa plašumiem, bet gan veidot mūsu planētas atmosfēru.

Rodas godīgs jautājums: ja visiem objektiem ir gravitācija, kāpēc Zeme pievelk cilvēkus un dzīvniekus, nevis otrādi? Pirmkārt, mēs pievelkam arī Zemi, tikai, salīdzinot ar tās pievilkšanas spēku, mūsu gravitācija ir niecīga. Otrkārt, gravitācijas spēks ir tieši atkarīgs no ķermeņa masas: jo mazāka ir ķermeņa masa, jo mazāki ir tā gravitācijas spēki.

Otrs rādītājs, no kura atkarīgs pievilkšanas spēks, ir attālums starp objektiem: jo lielāks attālums, jo mazāka ir gravitācijas ietekme. Pateicoties arī tam, planētas pārvietojas savās orbītās un nekrīt viena uz otru.

Ievērības cienīgs ir fakts, ka Zeme, Mēness, Saule un citas planētas par savu sfērisko formu ir tieši saistītas ar gravitācijas spēku. Tas darbojas centra virzienā, velkot uz to vielu, kas veido planētas “ķermeni”.

Zemes gravitācijas lauks

Zemes gravitācijas lauks ir spēka enerģijas lauks, kas veidojas ap mūsu planētu divu spēku darbības rezultātā:

• gravitācija;
• centrbēdzes spēks, kura izskats ir saistīts ar Zemes griešanos ap savu asi (diennakts rotācija).

Tā kā gan gravitācijas, gan centrbēdzes spēks darbojas pastāvīgi, gravitācijas lauks ir nemainīga parādība.

Lauku nedaudz ietekmē Saules, Mēness un dažu citu debess ķermeņu gravitācijas spēki, kā arī Zemes atmosfēras masas.

Universālās gravitācijas likums un sers Īzaks Ņūtons

Angļu fiziķis sers Īzaks Ņūtons, saskaņā ar slaveno leģendu, kādu dienu, pa dienu pastaigājoties dārzā, debesīs ieraudzīja Mēnesi. Tajā pašā laikā no zara nokrita ābols. Toreiz Ņūtons pētīja kustības likumu un zināja, ka ābols nokrīt gravitācijas lauka ietekmē un Mēness griežas orbītā ap Zemi.

Un tad izcilais zinātnieks, ieskatu apgaismots, nāca klajā ar domu, ka, iespējams, ābols nokrīt zemē, pakļaujoties tam pašam spēkam, pateicoties kuram Mēness atrodas savā orbītā, un nesteidzoties nejauši visā galaktikā. Tādā veidā tika atklāts universālās gravitācijas likums, kas pazīstams arī kā Ņūtona trešais likums.

Matemātisko formulu valodā šis likums izskatās šādi:

F=GMm/D 2 ,

Kur F- divu ķermeņu savstarpējās gravitācijas spēks;

M- pirmā ķermeņa masa;

m- otrā ķermeņa masa;

D 2- attālums starp diviem ķermeņiem;

G- gravitācijas konstante, kas vienāda ar 6,67x10 -11.

Zemes gravitācijas lauks- tā ir mehānisko (fizisko) masu mijiedarbības materiālā vide, ko nosaka Zemes figūras vispārējais mehāniskais stāvoklis. Lai saprastu gravitācijas lauka fizisko nozīmi, tiek ieviests jēdziens smagums, kā Zemes gravitācijas spēku ekvivalence un centrbēdzes, rotācijas dēļ.

Masu fiziskās mijiedarbības pamatā ir Ņūtona universālās gravitācijas likums:

m 1 Un m 2– mehāniskās masas; r – attālums starp masām; f – gravitācijas pakāpe, vienāda ar 6,67 * 10 -8 cm 3 / g * s 2, SI sistēmā = 6,67 * 10 -11 m 3 / kg * s 2.

Gravitācijas lauka indikatori.

Ja iekļauts formulā (1) m 1=1 un m 2=M un pieņemt M Zemes masai, gravitācijas paātrinājums uz Zemes virsmas būs:

g– vektora lielums, kas ir pievilkšanas spēku (F), centrbēdzes spēka (P) un debess ķermeņu vienāda darbība.

Gravimetrijā gravitācijas izraisītais paātrinājums tiek saīsināts kā " smagums»: g vidējais = 9,81 m/s 2, g pole= 9,83 m/s 2, g ekvators= 9,78 m/s2.

g h atmosfēra: g h = g, Kur h – augstums, R- Zemes rādiuss.

g Zemes iekšpusē tas mainās saskaņā ar sarežģītu modeli no 9,82 m/s 2 virspusē līdz 10,68 m/s 2 apakšējās mantijas pamatnē 2900 km dziļumā.

g kodolā tas samazinās 6000 m dziļumā līdz 1,26 m/s2, bet Zemes centrā līdz 0.

Lai noteiktu absolūtās vērtības g izmantot svārsta metodi un ķermeņu brīvā kritiena metodi. Svārstam:

T = 2, kur T- svārsta svārstību periods, h– svārsta garums.

Gravimetrija un gravitācijas uzmērīšana galvenokārt izmanto relatīvos gravitācijas paātrinājuma mērījumus. G pieaugumu nosaka attiecībā pret jebkuru vērtību. Tiek izmantoti svārsta instrumenti un gravimetri.

Izostasija.

Zemes ārējā apvalka neviendabīgums sauszemes un okeānu klātbūtnes dēļ ir viena no tās galvenajām blīvuma iezīmēm.

Šī iemesla dēļ varētu šķist, ka gravitācijas anomālijām uz sauszemes jābūt pozitīvām un ar lielāku intensitāti nekā okeānos. Tomēr gravitācijas mērījumi uz dienas virsmas un no satelītiem to neapstiprina. Ģeoīda augstuma karte parāda, ka g novirzes no parastā lauka nav saistītas ar okeāniem un kontinentiem.

No tā teorētiķi secina, ka kontinentālie reģioni ir izostatiski kompensēti: mazāk blīvi kontinenti peld blīvākā subcrustal substrātā, piemēram, milzu aisbergi polārajās jūrās. (!?) Tas ir, izostāzes jēdziens ir tāds, ka zemes gaišā garoza ir līdzsvarota uz smagākas mantijas, neskatoties uz to, ka apvalka augšējais slānis ir stingrs un apakšējais slānis ir plastmasas. Stingrais apvalka slānis nāca klajā ar nosaukumu litosfēra, un plastmasas astenosfēra.

Tomēr augšējā mantija nav šķidra, jo Caur to iet šķērsviļņi. Tajā pašā laikā laika skalā ( T) astenosfēra uzvedas pie maza T(stundas, dienas), piemēram, elastīgs ķermenis, un kopumā T(desmitiem tūkstošu gadu) kā šķidrums. Astenosfēras vielas viskozitāte tiek lēsta 10 20 Pa*s (paskālā sekunde).

Izostāzes hipotēzes ietver: 1) Zemes garozas elastīgo deformāciju, kas parādīta diagrammā; 2) Zemes bloku struktūra un ietver šo bloku iegremdēšanu pamatā esošajā apvalka substrātā dažādos dziļumos.

Jāpiebilst, ka, vadoties pēc matemātikas valodas, izriet secinājums: zemes garozas izostatiskā līdzsvara esamība ir pietiekams, bet nekādā gadījumā nav nepieciešams nosacījums dabiskajai saiknei starp g anomālijām un garozas biezumu, tomēr reģionālajām teritorijām. šis savienojums pastāv.

Ja veicat gravitācijas mērījumus pāri okeānam, tad okeāna garozas izvirzījumus raksturo gravitācijas minimumi, bet ieplakas - ar maksimumiem. Izostatiskās Bouguer korekcijas ieviešana padara teritoriju (reģionu) izostatiski līdzsvarotu.

No attēla izriet, ka gravitācijas lauka intensitāte ir 2,5-3,0 reizes lielāka tajās vietās, kur okeāna garoza ir plānāka, t.i. šajās zonās ir izteiktāks zemādas apvalka substrāta, jo īpaši Moch virsmas slāņa, blīvuma defekts. Šī zemgarozas slāņa blīvums = 3,3 g/cm 3 un bazalta slāņa = 2,9 g/cm 3.

Tādējādi pastāv tieša saikne starp reģionālajām gravitācijas anomālijām un zemes garozas biezumu. Šie pētījumi veido otrais detalizācijas līmenis gravimetrijā.

Trešais detalizācijas līmenis ir tieši saistīta ar dažādām korekcijām gravimetrisko uzmērījumu laikā, lai pētītu vietējos ģeoloģiskos objektus, jo īpaši derīgo izrakteņu atradnes. Šeit visi mērījumi tiek veikti līdz Bouguer redukcijai (novērojumu un teorētisko lauku atšķirībai) un nodrošina korekcijas: 1) "brīvajam gaisam", 2) starpslānim, 3) reljefam.

Vispārīgajā un strukturālajā ģeoloģijā pētīšanai izmanto gravimetrisko novērojumu rezultātus ģeosinklinālo un platformu apgabalu tektoniskais zonējums.

Gravitācijas lauka struktūra šeit ir atšķirīga.

Ģeosinklinālās zonās Negatīvās anomālijas attiecas tikai uz pacēluma zonām g, un uz padziļinājumiem - pozitīvi. Šis modelis ir saistīts ar zemes garozas attīstības vēsturi, jo inversijasģeotektoniskie apstākļi (pacelšanās un iegrimšanas zonu pārdale). Pacēlumu vietās iepriekš bijis un saglabājies Moho robežas līkums.

Anomālijas platformas zonās g ir saistīti galvenokārt ar iežu materiālu un petrogrāfisko sastāvu. Minimālās vērtības g veidojas zonas lieli izmēri, no “vieglajiem” iežiem “rapakivi granīti”.

Smaguma svārstības.

Zemes gravitācijas lauka vispārējā struktūrā notiek periodiskas gravitācijas izmaiņas; tās izraisa Mēness un Saules tuvošanās; tās ir atkarīgas no iekšējā struktūra Zeme.

Visievērojamākā ģeosfēras daļiņu kustība horizontālā virzienā ir jūras plūdmaiņas.

Gravitācijas spēku ietekmē lielākā mērā Mēness un mazākā mērā Saule Pasaules okeāna ūdeņi tiek virzīti uz punktiem. Z Un N(plūdmaiņas), un šajā laikā punktos A Un IN Pasaules okeāna ūdens līmenis pazeminās (paisums). Zemes sfēriskais slānis piedzīvo periodiskas vibrācijas un attiecīgi gravitācijas paātrinājumu. Svārstību laikā šis slānis iegūst elipsoīda formu.

Zemes ikdienas rotācijas dēļ plūdmaiņas notiek 24 stundu (“saules diena”) un 24 stundu 50 minūšu laikā. (“Mēness diena”). Tāpēc ir divi paisumi un divi bēgumi.

Paisuma spēku ietekmē zemes garozas virsma nepārtraukti pulsē: tā paceļas un krīt divas reizes dienā.

Paisuma un bēguma izpēte Zemes cietajā ķermenī ļauj iegūt informāciju par tā blīvumu un iekšējo struktūru.

Gravitācijas lauka anomālijas nav lielas. To vērtības svārstās dažu vienību robežās 10-3 m/s 2, kas ir 0,05% no kopējās gravitācijas vērtības un par kārtu mazāka par tās normālām izmaiņām. Blīvuma diferenciācija garozā notiek gan vertikāli, gan horizontāli. Blīvums palielinās līdz ar dziļumu no 1,9–2,3 g/cm 3 virspusē līdz 2,7–2,8 g/cm 3 garozas apakšējās robežas līmenī un sasniedz 3,0–3,3 g/cm 3 augšējā mantijas apgabalā. Gravitācijas anomālijas, to dēļ fiziskā daba un to aprēķināšanai izmantotās metodes ļauj vienlaikus pētīt jebkuras Zemes blīvuma neviendabības neatkarīgi no tā, kur un kādā dziļumā tās atrodas.

Gravitācijas datu loma un nozīme Zemes dziļo iekštelpu izpētē īpaši pieaugusi pēdējos gados, kad ne tikai Kolas, bet arī citas dziļas un īpaši dziļas akas, tostarp ārvalstu (Oberpfalca Vācijā, Gravberga g. Zviedrija u.c.) neapstiprināja ģeoloģiskās interpretācijas rezultātus dziļo seismisko datu, kas izmantoti par pamatu šo urbumu projektēšanai.

Gravitācijas anomāliju ģeoloģiskajai interpretācijai ģeomorfoloģiski izteikti atšķirīgos reģionos īpaša loma ir vispamatotākā gravitācijas samazinājuma izvēlei, jo, piemēram, kalnu apvidos Fay un Bouguer anomālijas krasi atšķiras ne tikai pēc intensitātes, bet pat pēc zīmēm. . Bouguer redukcija un hidrotopogrāfija ļauj novērst zināmo Zemes blīvuma neviendabīgumu ietekmi un tādējādi izcelt dziļākās lauka sastāvdaļas.

Iepriekš gravitācijas anomāliju amplitūdas un pazīmes mēģināja izskaidrot tikai ar zemes garozas kopējā biezuma izmaiņām un šim nolūkam aprēķināja tās korelācijas koeficientus ar dienas reljefu vai ar gravitācijas anomālijām, bet turpmākie arvien detalizētāki seismiskie pētījumi Zemes garoza un augšējais apvalks, seismiskās tomogrāfijas metožu izmantošana parādīja, ka sānu seismiskās un līdz ar to arī blīvuma neviendabības ir raksturīgas visiem Zemes dziļo masu diferenciācijas līmeņiem, t.i., ne tikai. zemes garoza, bet arī augšējo un apakšējo apvalku un pat Zemes kodolu. Gravitācijas anomāliju lauks mainās milzīgi - virs 500 mGal - no –245 līdz +265 mGal, veidojot dažāda lieluma un intensitātes globālu, reģionālu un lokālāku gravitācijas anomāliju sistēmu, kas raksturo garozu, garozas apvalku un faktisko. Zemes sānu blīvuma neviendabīgumu mantijas līmeņi. Anomālais gravitācijas lauks atspoguļo gravitācijas masu kopējo ietekmi, kas atrodas dažādos dziļumos zemes garozā un augšējā mantijā. Tādējādi nogulumu baseinu struktūra labāk izpaužas anomālā gravitācijas laukā pietiekamas blīvuma diferenciācijas klātbūtnē apgabalos, kur lielā dziļumā sastopami kristāliskie pamatieži. Gravitācijas efekts nogulumieži vietās ar sekliem pamatiem to ir daudz grūtāk novērot, jo to aizēno pamatu iezīmju ietekme. Vietas ar lielu “granīta slāņa” biezumu izceļas ar negatīvām gravitācijas anomālijām. Granīta masīvu atsegumiem uz virsmas ir raksturīga minimāla gravitācija. Anomālā gravitācijas laukā lielu gradientu zonas un joslu gravitācijas maksimumi skaidri iezīmē atsevišķu bloku robežas. Platformās un salocītajās zonās izšķir mazākas konstrukcijas, ieplakas, viļņus un marginālas siles. Globālākās gravitācijas anomālijas, kas raksturo mantijas (astenosfēras) līmeņa neviendabīgumu, ir tik lielas, ka tikai to marginālās daļas sniedzas aplūkojamās Krievijas teritorijas robežās, izsekot tālu aiz tās robežām, kur to intensitāte ievērojami palielinās. . Atsevišķa Vidusjūras gravitācijas maksimuma zona sakrīt ar Vidusjūras baseinu, un ziemeļos to ierobežo neliels Alpu gravitācijas minimums, bet austrumos - viens ļoti intensīvs un apvidū milzīgs Āzijas gravitācijas minimums, kas kopumā atbilst. līdz Āzijas Zemes megainflācijai, aptverot Vidusāzijas un Augstāzijas kalnu struktūras no Transbaikālijas līdz Himalajiem un attiecīgi no Tieņšaņas līdz ziemeļaustrumu ieplaku sistēmai Ķīnas iekšienē (Ordosa, Sičuaņa u.c.). Šis globālais Āzijas gravitācijas minimums samazinās intensitātē un ir izsekojams tālāk līdz Krievijas ziemeļaustrumu teritorijai (Altaja, Transbaikalia, Verhojanskas-Čukotkas apgabala kalnu struktūras), un tā atzars aptver gandrīz visu 2010. gadā aktivizēto reģionu. mūsdienu laiki Sibīrijas prekembrija platforma kopumā nedaudz paaugstināta (līdz 500–1000 m) Sibīrijas plato formā. Egejas augstceltnes galējā ziemeļu daļa daļēji ietilpst Krievijas teritorijā, kur pēc nelielas saspiešanas sākas jauns maksimums, kas slīpi šķērso Krievijas platformu, Urālus, Rietumsibīriju un ziemeļos nonāk Ziemeļu Ledus okeānā. Galējos austrumos un ziemeļaustrumos, arī tikai daļēji ieejot Krievijas teritorijā, ir vēl viens - Klusā okeāna milzu gravitācijas maksimums, kura marginālā daļa stiepjas intensīvas lineāras gravitācijas gradienta zonas veidā no Šantaras salām līdz Beringa šaurums visā Eirāzijas kontinenta malā un apkārtējām jūrām. Atrodi loģisku skaidrojumu un dažādas zīmesšīs anomālijas, ja ņemam vērā, ka zonas kušana, paceļoties uz astenolīta virsmu, katrā līmenī atstāj pārkausētus iežus, kas ir salīdzinoši blīvāki nekā slāņi, kas tos satur sāniski. Tāpēc gravitācijas laukā visa šādu izkusušu iežu summa rada vienu kopējo gravitācijas maksimumu, un pat izkausētu “slāņu” (ātruma un blīvuma inversijas zonas) klātbūtne tajā nemainīs tā kopējos raksturlielumus, kā tas ir. novērots Arktikas marginālajās daļās, kas ietilpst kartē - Atlantijas un Klusā okeāna globālās gravitācijas maksimumi. Vidusāzijas globālo minimumu veidojošās anomālās masas, iespējams, atrodas vēl lielākā dziļumā, kā rezultātā radušās kušanas zonas rezultātā palielinājās tikai dziļo masu apjoms un attiecīgi izveidojās viens milzis. Āzijas mega uzpūšanās Zemes virsmā un izkusušās lēcas klātbūtne dziļumā, acīmredzot, izraisīja bazaltoīdu magmatismu, kas ir neliels un izkaisīts visā šajā teritorijā, mezozoiskā sprādziena caurules Tjenšaņā, izdzisuši kvartāra vulkāni Altajajā. Sajānu reģions un, visbeidzot, intensīvāks Baikāla-Patomas augstienes bazaltoīdais magmatisms, kas sniedzas tālu aiz paša Baikāla plaisas robežām.

ZEMES GRAVITĀCIJAS LAUKS (a. Zemes gravitācijas lauks, Zemes gravitācijas lauks; n. Schwerefeld der Erde; f. champ de gravite de la Terre; i. campo de gravedad de la tierra) - spēka lauks, ko rada pievilcība masas un centrbēdzes spēks, kas rodas Zemes ikdienas rotācijas dēļ; arī nedaudz atkarīgs no Mēness un Saules un citu debess ķermeņu un zemes masu pievilkšanās. Zemes gravitācijas lauku raksturo gravitācija, gravitācijas potenciāls un dažādi tā atvasinājumi. Potenciāla izmērs ir m 2 .s -2, mērvienība pirmajiem potenciāla atvasinājumiem (ieskaitot gravitāciju) gravimetrijā ir miligals (mGal), kas vienāds ar 10 -5 m.s -2, un mērvienība otrie atvasinājumi - etvos ( E, E), vienāds ar 10 -9 .s -2.

Zemes gravitācijas lauka galveno raksturlielumu vērtības: gravitācijas potenciāls jūras līmenī 62636830 m 2 .s -2; vidējā gravitācija uz Zemes ir 979,8 Gal; vidējā gravitācijas samazināšanās no pola līdz ekvatoram 5200 mGal (ieskaitot Zemes ikdienas rotācijas dēļ 3400 mGal); maksimālā gravitācijas anomālija uz Zemes 660 mGal; normāls vertikālais gravitācijas gradients 0,3086 mGal/m; maksimālā svērtenes novirze uz Zemes ir 120"; periodisko Mēness un Saules gravitācijas izmaiņu diapazons ir 0,4 mGal; iespējamā gravitācijas sekulārā izmaiņu vērtība<0,01 мГал/год.

To gravitācijas potenciāla daļu, ko rada tikai Zemes gravitācija, sauc par ģeopotenciālu. Daudzu globālu problēmu risināšanai (Zemes figūras izpēte, satelītu trajektoriju aprēķināšana utt.) ģeopotenciāls tiek parādīts sfērisko funkciju izplešanās veidā. Otros gravitācijas potenciāla atvasinājumus mēra ar gravitācijas gradiometriem un variometriem. Ir vairāki ģeopotenciāla paplašinājumi, kas atšķiras pēc sākotnējiem novērojumu datiem un paplašināšanās pakāpēm.

Parasti Zemes gravitācijas lauks tiek attēlots kā sastāv no 2 daļām: normāla un anomāla. Lauka galvenā - normālā daļa atbilst shematizētam Zemes modelim rotācijas elipsoīda formā (parastā Zeme). Tas atbilst reālajai Zemei (masas centri, masas vērtības, leņķiskie ātrumi un ikdienas rotācijas asis sakrīt). Parastas Zemes virsma tiek uzskatīta par līmeni, t.i. gravitācijas potenciālam visos tā punktos ir vienāda vērtība (skat. ģeoīdu); gravitācijas spēks ir vērsts tam normāli un mainās saskaņā ar vienkāršu likumu. Gravimetrijā plaši izmanto starptautisko normālās gravitācijas formulu:

g(p) = 978049(1 + 0,0052884 sin 2 p - 0,0000059 sin 2 2p), mGal.

Citās sociālistiskajās valstīs galvenokārt tiek izmantota F. R. Helmerta formula:

g(р) = 978030(1 + 0,005302 sin 2 р - 0,000007 sin 2 2р), mGal.

14 mGal tiek atņemts no abu formulu labajām pusēm, lai ņemtu vērā kļūdu absolūtajā gravitācijā, kas tika noteikta, veicot atkārtotus absolūtās gravitācijas mērījumus dažādās vietās. Ir iegūtas arī citas līdzīgas formulas, kurās ņemtas vērā normāla gravitācijas spēka izmaiņas Zemes triaksialitātes dēļ, tās ziemeļu un dienvidu puslodes asimetrija utt. Atšķirību starp izmērīto gravitācijas spēku un normālo spēku sauc gravitācijas anomālija (skatīt ģeofizikālo anomāliju). Zemes gravitācijas lauka anomālā daļa ir mazāka nekā parastā daļa un mainās sarežģīti. Mainoties Mēness un Saules pozīcijām attiecībā pret Zemi, Zemes gravitācijas laukā notiek periodiskas izmaiņas. Tas izraisa Zemes plūdmaiņu deformācijas, t.sk. jūras plūdmaiņas. Zemes gravitācijas laukā laika gaitā notiek arī ar plūdmaiņu nesaistītas izmaiņas, kas rodas masu pārdales dēļ Zemes iekšienē, tektonisko kustību, zemestrīču, vulkānu izvirdumu, ūdens un atmosfēras masu kustības, leņķiskā ātruma un momentānās kustības dēļ. Zemes ikdienas rotācijas ass. Daudzas ar paisuma un paisuma nesaistītas izmaiņas Zemes gravitācijas laukā netiek novērotas un tiek novērtētas tikai teorētiski.

Pamatojoties uz Zemes gravitācijas lauku, tiek noteikts ģeoīds, kas raksturo Zemes gravimetrisko figūru, attiecībā pret kuru tiek noteikti Zemes fiziskās virsmas augstumi. Zemes gravitācijas lauks kopā ar citiem ģeofizikas datiem tiek izmantots, lai pētītu Zemes radiālā blīvuma sadalījuma modeli. Pamatojoties uz to, tiek izdarīti secinājumi par Zemes hidrostatiskā līdzsvara stāvokli un ar to saistītajiem spriegumiem tajā.