Гравітаційна аномалія — різниця між спостережуваним значенням сили тяжіння та значенням, передбаченим теоретичною моделлю. Якби Земля була ідеальним сплюснутим сфероїдом однорідної густини, то сила тяжіння, виміряна в кожній точці її поверхні, була б задана простим алгебраїчним виразом. Проте Земля має нерівну поверхню та неоднорідний склад, що збурює її гравітаційне поле. Теоретичне значення сили тяжіння можна скоригувати на висоту над рівнем моря та вплив оточуючого рельєфу, але зазвичай воно все одно дещо відрізняється від виміряного значення. Така гравітаційна аномалія може виявити наявність підповерхневих структур з густиною, відмінною від середньої. Наприклад, поклади руди під поверхнею дасть додатну гравітаційну аномалію через більшу густину руди.
Різні теоретичні моделі передбачають різні значення сили тяжіння, тому гравітаційна аномалія завжди визначається по відношенню до конкретної моделі. Аномаліі , та ізостатичної гравітації відрізняються тим, що базуються на різних теоретичних поправках до сили тяжіння.
Вимірювання гравітаційних аномалій проводиться шляхом вимірювання сили тяжіння в багатьох місцях досліджуваного регіону за допомогою портативного приладу, який називається гравіметром. Ретельний аналіз гравітаційних даних дозволяє геологам робити висновки про підповерхневу геологію.
Визначення
Гравітаційна аномалія — це різниця між спостережуваним прискоренням вільного падіння поблизу поверхні планети та відповідним значенням, передбаченим моделлю гравітаційного поля планети. Як правило, модель базується на спрощених припущеннях, таких як те, що під дією самогравітації та обертального руху планета набуває форми еліпсоїда обертання. Сила тяжіння на поверхні цього референц-еліпсоїда визначається простою формулою, яка містить лише широту.
Гравітаційні аномалії були вперше виявлені в 1672 році, коли французький астроном Жан Ріхтер створив обсерваторію на острові Каєнна. У Ріхтера був високоточний маятниковий годинник, ретельно відкалібрований у Парижі перед його від'їздом. Однак він виявив, що годинник у Кайєнні йде надто повільно порівняно з видимим рухом зір. П'ятнадцять років потому Ісаак Ньютон використав свою нещодавно сформульовану універсальну теорію тяжіння, щоб пояснити аномалію. Ньютон показав, що на виміряне значення сили тяжіння впливає обертання Землі, яке також спричиняє сплющення Землі з полюсів. Кайєнна розташована ближче до екватора, ніж Париж, тому вона одночасно і відчуває сильніше відцентрове прискорення від обертання Землі, і знаходиться далі від центру Землі (що зменшує гравітаційне тяжіння Землі). Обидва ці ефекти зменшують значення сили тяжіння, пояснюючи, чому маятниковий годинник Ріхтера йшов надто повільно. Врахування цих двох ефектів усунула більшу частину спостережуваної аномалії.
Щоб зрозуміти природу гравітаційної аномалії, викликаної надрами, необхідно внести ряд поправок до моделі сили тяжіння. Різні теоретичні моделі включатимуть різні поправки до значення сили тяжіння, тому гравітаційна аномалія завжди визначається з посиланням на конкретну модель. Кожна з аномалій , вільного повітря та ізостатичної гравітації базується на різних теоретичних поправках до значення сили тяжіння.
Модельна поле та поправки
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpODNMemN4TDBkeVlYWnBkSGxmWVc1dmJXRnNlVjluYmk1d2JtY3ZNakl3Y0hndFIzSmhkbWwwZVY5aGJtOXRZV3g1WDJkdUxuQnVadz09LnBuZw==.png)
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpODBMelE0TDBkeVlYWnBkSGxmWVc1dmJXRnNlVjkwYVdSaGJDNXdibWN2TWpJd2NIZ3RSM0poZG1sMGVWOWhibTl0WVd4NVgzUnBaR0ZzTG5CdVp3PT0ucG5n.png)
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpODVMemsxTDBkeVlYWnBkSGxmWVc1dmJXRnNlVjkwWlhKeVlXbHVMbkJ1Wnk4eU1qQndlQzFIY21GMmFYUjVYMkZ1YjIxaGJIbGZkR1Z5Y21GcGJpNXdibWM9LnBuZw==.png)
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpODVMemt6TDBkeVlYWnBkSGxmWVc1dmJXRnNlVjltWVM1d2JtY3ZNakl3Y0hndFIzSmhkbWwwZVY5aGJtOXRZV3g1WDJaaExuQnVadz09LnBuZw==.png)
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpOWhMMkUzTDBkeVlYWnBkSGxmWVc1dmJXRnNlVjlpYjNWblpYSXVjRzVuTHpJeU1IQjRMVWR5WVhacGRIbGZZVzV2YldGc2VWOWliM1ZuWlhJdWNHNW4ucG5n.png)
Відправною точкою для модельного поля є міжнародний референц-еліпсоїд, який дає нормальну силу тяжіння gn для кожної точки ідеалізованої форми Землі. Подальші уточнення модельного поля зазвичай виражаються як поправки, додані до виміряної сили тяжіння або (що еквівалентно) відняті від нормальної сили тяжіння. Як мінімум, вони включають приливну поправку △gtid, поправку на місцевість △gT і поправку на вільне повітря △gFA. Для багатьох гравітаційних моделей додаються також інші поправки. Різниця між скоригованою виміряною гравітацією та нормальною гравітацією є гравітаційною аномалією.
Нормальна гравітація
Нормальна гравітація враховує гравітацію ідеалізованої еліпсоїдної Землі з поправкою на її обертання. Вона визначається формулою:
де = 9.780327,
= 5.30244 і
= −5.8. Ця формула справедлива з точністю до 0,1 мгал на будь-якій широті
. Для забезпечення вищої точності, існує складніша формула, яка дає нормальну гравітацію з точністю до 0,0001 мгал.
Приливна поправка
Сонце і Місяць створюють залежні від часу приливні сили, які впливають на виміряне значення сили тяжіння приблизно на 0,3 мгал (дві третини цієї величини припадає на Місяць). Цей ефект дуже добре вивчений і може бути точно розрахований для заданого часу та місця, використовуючи астрофізичні дані та формули, щоб отримати припливну поправку △gtid.
Поправка на рельєф
Місцевий рельєф земної поверхні впливає на величину сили тяжіння. І височини над точкою вимірювання, і долини нижче точки вимірювання зменшують виміряне значення сили тяжіння. Це враховано поправкою на рельєф △gT. Вона розраховується на основі знання місцевої топографії та оцінок густини гірських порід, що складають рельєф. По суті, ця поправка ефективно згладжує рельєф навколо точки вимірювання.
Поправку на рельєф необхідно розраховувати для кожної точки, в якій вимірюється сила тяжіння, беручи до уваги кожен пагорб або долину, різниця у висоті яких від точки вимірювання перевищує приблизно 5 % відстані від точки вимірювання. Ця задача вимагає складних розрахунків, але це необхідно для отримання коренктної гравітаційної аномалії.
Поправка на вільне повітря
Наступна поправка — це поправка на вільне повітря. При цьому враховується той факт, що вимірювання зазвичай відбувається на іншій висоті, ніж опорний еліпсоїд на даній широті та довготі. Для точки вимірювання над референц-еліпсоїдом це означає, що гравітаційне тяжіння об'ємної маси Землі трохи зменшується. Поправка на вільне повітря дорівнює просто 0,3086 мгал м−1 помножити на висоту над референц-еліпсоїдом.
Решта гравітаційної аномалії в цій точці називається аномалією вільного повітря. Тобто аномалія вільного повітря дається формулою:
Поправка пластини Бугера
Аномалія вільного повітря не враховує шар матеріалу (після вирівнювання місцевості) за межами референц-еліпсоїда. Гравітаційне тяжіння цього шару або пластини враховується поправкою пластини Бугера, яка становить −0.0419·10−3ρh мгал м2 кг−1. Густина гірської породи ρ зазвичай приймається рівною 2670 кг м−3, тому поправку пластини Бугера зазвичай приймають рівною -0,1119 мгал м−1год. Тут h — висота над референц-еліпсоїдом.
Решта гравітаційної аномалії в цій точці називається аномалією Бугера. Тобто аномалія Бугера розраховується як:
Ізостатична поправка
Аномалія Бугера додатна над океанськими басейнами і від'ємна над високими континентальними областями. Це показує, що низька висота океанічних басейнів і висока висота континентів компенсується товщиною кори на глибині. Вища місцевість утримується плавучістю більш товстої кори, що «плаває» на мантії.
Ізостатична аномалія визначається як аномалія Бугера мінус гравітаційна аномалія внаслідок компенсації на підповерхневі шари. Вона є мірою локального відхилення від ізостатичної рівноваги внаслідок динамічних процесів у в'язкій мантії. У центрі рівного плато вона приблизно дорівнює аномалії вільного повітря. Ізостатична поправка залежить від ізостатичної моделі, яка використовується для розрахунку ізостатичного балансу, і тому дещо відрізняється для разних моделей:
- модель Ейрі-Гейсканена припускає, що кора та мантія однорідні за густиною, а ізостатичний баланс забезпечується змінами в товщині кори;
- модель Пратта-Гейфорда припускає, що нижня границя земної кори скрізь знаходиться на однаковій глибині, а ізостатичний баланс забезпечується змінами густини земної кори;
- модель пружної плити Венінга Мейнеса припускає, що земна кора діє як натягнута мембрана.
Ізостатичну аномалію знаходять шляхом обчислення теоретичної моделі земної кори і віднімання її від аномалії Бугера.
Причини
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpODVMemxtTDBkeVlYWnBkSGtsTWtOZloyVnZhV1JmWVc1dmJXRnNlVjl6ZVc1MGFHVjBhV05mWTJGelpYTmZkMmwwYUY5c2IyTmhiRjlwYzI5emRHRnplVjh5TG1kcFppODBPREJ3ZUMxSGNtRjJhWFI1SlRKRFgyZGxiMmxrWDJGdWIyMWhiSGxmYzNsdWRHaGxkR2xqWDJOaGMyVnpYM2RwZEdoZmJHOWpZV3hmYVhOdmMzUmhjM2xmTWk1bmFXWT0uZ2lm.gif)
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpODRMemhoTDA1cVgyTmliM1ZuTG1wd1p5OHlNemR3ZUMxT2FsOWpZbTkxWnk1cWNHYz0uanBn.jpg)
Локальні гравітаційні аномалії пов'язані з аномальним розподілом густини на Землі, і таким чином вимірювання гравітаційного поля Землі допомагають зрозуміти внутрішню структуру планети.
Регіональні причини
Аномалія Бугера над континентами, як правило, від'ємна, особливо над гірськими хребтами. Наприклад, типові аномалії Бугера в Центральних Альпах становлять −150 мілігалів. Навпаки, аномалія Бугера додатна над океанами. Ці аномалії відображають різну товщину земної кори. Більш високий континентальний рельєф підтримується товстою корою низької густини, яка «плаває» на щільній мантії, тоді як океанічні басейни вкриті набагато тоншою океанічною корою. Аномалії вільного повітря та ізостатичні аномалії невеликі поблизу центрів океанічних басейнів або континентальних плато, показуючи, що вони знаходяться приблизно в ізостатичній рівновазі. Гравітаційне тяжіння високої місцевості врівноважується зниженим гравітаційним тяжінням глибоких шарів низької густини. Це наближає аномалію вільного повітря до нуля. Ізостатична аномалія включає поправки на обидва ефекти, що також зводить її майже до нуля. Аномалія Бугера включає лише від'ємну поправку на високий рельєф, тому є сильно від'ємною.
Загалом, ізостатична аномалія Ейрі дорівнює нулю в областях, де є повна ізостатична компенсація. Аномалія вільного повітря також близька до нуля, за винятком зон поблизу границь блоків земної кори. Аномалія Бугера дуже від'ємна на піднятій місцевості. Протилежне вірно для теоретичного випадку рельєфу, який є повністю некомпенсованим: аномалія Бугера дорівнює нулю, тоді як ізостатичні аномалії вільного повітря та Ейрі сильно додатні.
Над серединно-океанічними хребтами аномалії вільного повітря невеликі та співвідносяться з рельєфом дна океану. Хребет і сусідні з ним області виявляються повністю ізостатично компенсованими. Існує велика позитивна поправка Бугера, понад 350 мгал, на відстані понад 1000 км від осі хребта, яка зменшується до 200 над хребтом. Це узгоджується з сейсмічними даними та свідчить про наявність магмової камери низької густини під віссю хребта.
Уздовж острівних дуг спостерігаються інтенсивні ізостатичні аномалії та аномалії вільного повітря. Це є ознакою сильних динамічних ефектів у зонах субдукції. Аномалія вільного повітря становить близько +70 мгал уздовж узбережжя Анд, і це пояснюється субдукцією щільної плити. Сама зона субдукції має сильно від'ємну гравітаційну аномалію близько −250 мгал. Це відбувається через океанську воду низької густини та відкладення, що заповнюють заглиблення.
Гравітаційні аномалії свідчать про інші процеси, що відбуваються глибоко в літосфері. Наприклад, глибоке занурення нижньої границі літосфери може пояснити негативні ізостатичні аномалії у східному Тянь-Шані. Гавайська гравітаційна аномалія, ймовірно, повністю компенсована в межах літосфери, а не в межах підстилаючої естеносфери, що суперечить поясненню підйому Гавайських островів як продукту естеносферного потоку, пов'язаного з підстилаючим мантійним плюмом. Натомість підйом може бути результатом потоншення літосфери: естеносфера, що лежить під нею, менш щільна, ніж літосфера, і вона піднімається, створюючи потовщення. Подальше охолодження знову збільшує густину літосфери і відбувається опускання.
Місцеві аномалії
Місцеві аномалії використовуються в прикладній геофізиці. Наприклад, локальна позитивна аномалія може вказувати на наявність металевих руд. Соляні куполи зазвичай виражаються на гравітаційних картах як мінімуми, оскільки сіль має низьку густину порівняно зі скелями, в які проникає купол.
На масштабах, проміжних між цілими гірськими хребтами та окремими покладами руд, аномалії Бугера можуть вказувати на типи гірських порід. Наприклад, гравітаційна аномалія в Нью-Джерсі, являє собою грабен тріасового періоду, в основному заповнений щільними базальтами.
Супутникова гравіметрія
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpOHhMekUwTDBkeVlYWnBkSGxmWVc1dmJXRnNhV1Z6WDI5dVgwVmhjblJvTG1wd1p5OHlNakJ3ZUMxSGNtRjJhWFI1WDJGdWIyMWhiR2xsYzE5dmJsOUZZWEowYUM1cWNHYz0uanBn.jpg)
Останнім часом параметри гравітаційного поля Землі визначаються за допомогою сучасних супутникових місій, таких як GOCE, CHAMP, Swarm, GRACE і GRACE-FO. Параметри найнижчих порядків, включаючи сплюснутість Землі та рух геоцентру, найкраще визначаються за допомогою лазерної локації супутників.
Великомасштабні гравітаційні аномалії можна виявити з космосу як побічний продукт супутникових гравітаційних місій, наприклад, GOCE. Ці супутникові місії спрямовані на визначення детальної моделі гравітаційного поля Землі, яка зазвичай представлена як розкладання гравітаційного потенціалу Землі за сферичними гармоніками, хоч існують і альтернативні представлення.
Космічна місія GRACE складається з двох супутників, які можуть виявляти зміни гравітації на Землі. Аналогічна космічна місія GRAIL також складалася з двох космічних апаратів, що протягом трьох років оберталися навколо Місяця.
Примітки
- Jackson, Julia A., ред. (1997). gravity anomaly. Glossary of geology (вид. Fourth). Alexandria, Virginia: American Geological Institute. ISBN .
- Lowrie, William (2007). 2. Fundamentals of geophysics (вид. 2nd). Cambridge: Cambridge University Press. ISBN .
- Lowrie, 2007, с. 65.
- Lowrie, 2007, с. 44.
- Allaby, Michael (2013). gravity anomaly. A dictionary of geology and earth sciences (вид. Fourth). Oxford: Oxford University Press. ISBN .
- Lowrie, 2007, с. 77—78.
- Lowrie, 2007, с. 65—66.
- Lowrie, 2007, с. 54.
- Lowrie, 2007, с. 77.
- Lowrie, 2007, с. 79.
- Lowrie, 2007, с. 79—80.
- Lowrie, 2007, с. 83—84.
- Lowrie, 2007, с. 80.
- Kearey, P.; Klepeis, K.A.; Vine, F.J. (2009). Global tectonics (вид. 3rd). Oxford: Wiley-Blackwell. с. 42. ISBN .
- Kearey, Klepeis та Vine, 2009, с. 45—48.
- Lowrie, 2007, с. 103—104.
- Kearey, Klepeis та Vine, 2009, с. 46.
- Lowrie, 2007, с. 95.
- Werner, Dietrich; Kissling, Eduard (August 1985). Gravity anomalies and dynamics of the Swiss Alps. Tectonophysics. 117 (1–2): 97—108. doi:10.1016/0040-1951(85)90239-2.
- Lowrie, 2007, с. 97—99.
- Monroe, James S.; Wicander, Reed (1992). Physical geology : exploring the Earth. St. Paul: West Pub. Co. с. 326. ISBN .
- Lowrie, 2007, с. 99.
- Burov, E. V.; Kogan, M. G.; Lyon-Caen, Hélène; Molnar, Peter (1 січня 1990). Gravity anomalies, the deep structure, and dynamic processes beneath the Tien Shan. Earth and Planetary Science Letters. 96 (3): 367—383. doi:10.1016/0012-821X(90)90013-N.
- Detrick, Robert S.; Crough, S. Thomas (1978). Island subsidence, hot spots, and lithospheric thinning. Journal of Geophysical Research. 83 (B3): 1236. doi:10.1029/JB083iB03p01236.
- Monroe та Wicander, 1992, с. 302—303.
- Herman, G.C.; Dooley, J.H.; Monteverde, D.H. (2013). Structure of the CAMP bodies and positive Bouger gravity anomalies of the New York Recess. Igneous processes during the assembly and breakup of Pangaea: Northern New Jersey and New York City: 30th Annual Meeting of the Geological Association of New Jersey (PDF). New York: College of Staten Island. с. 103—142. Процитовано 29 січня 2022.
- Meyer, Ulrich; Sosnica, Krzysztof; Arnold, Daniel; Dahle, Christoph; Thaller, Daniela; Dach, Rolf; Jäggi, Adrian (22 квітня 2019). SLR, GRACE and Swarm Gravity Field Determination and Combination. Remote Sensing. 11 (8): 956. Bibcode:2019RemS...11..956M. doi:10.3390/rs11080956.
- Tapley, Byron D.; Watkins, Michael M.; Flechtner, Frank; Reigber, Christoph; Bettadpur, Srinivas; Rodell, Matthew; Sasgen, Ingo; Famiglietti, James S.; Landerer, Felix W.; Chambers, Don P.; Reager, John T.; Gardner, Alex S.; Save, Himanshu; Ivins, Erik R.; Swenson, Sean C.; Boening, Carmen; Dahle, Christoph; Wiese, David N.; Dobslaw, Henryk; Tamisiea, Mark E.; (May 2019). Contributions of GRACE to understanding climate change. Nature Climate Change. 9 (5): 358—369. Bibcode:2019NatCC...9..358T. doi:10.1038/s41558-019-0456-2. PMC 6750016. PMID 31534490.
- Sośnica, Krzysztof; Jäggi, Adrian; Meyer, Ulrich; Thaller, Daniela; Beutler, Gerhard; Arnold, Daniel; Dach, Rolf (October 2015). Time variable Earth's gravity field from SLR satellites. Journal of Geodesy. 89 (10): 945—960. Bibcode:2015JGeod..89..945S. doi:10.1007/s00190-015-0825-1.
Література
- Heiskanen, Weikko Aleksanteri; Moritz, Helmut (1967). Physical Geodesy. .
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Gravitacijna anomaliya riznicya mizh sposterezhuvanim znachennyam sili tyazhinnya ta znachennyam peredbachenim teoretichnoyu modellyu Yakbi Zemlya bula idealnim splyusnutim sferoyidom odnoridnoyi gustini to sila tyazhinnya vimiryana v kozhnij tochci yiyi poverhni bula b zadana prostim algebrayichnim virazom Prote Zemlya maye nerivnu poverhnyu ta neodnoridnij sklad sho zburyuye yiyi gravitacijne pole Teoretichne znachennya sili tyazhinnya mozhna skoriguvati na visotu nad rivnem morya ta vpliv otochuyuchogo relyefu ale zazvichaj vono vse odno desho vidriznyayetsya vid vimiryanogo znachennya Taka gravitacijna anomaliya mozhe viyaviti nayavnist pidpoverhnevih struktur z gustinoyu vidminnoyu vid serednoyi Napriklad pokladi rudi pid poverhneyu dast dodatnu gravitacijnu anomaliyu cherez bilshu gustinu rudi Rizni teoretichni modeli peredbachayut rizni znachennya sili tyazhinnya tomu gravitacijna anomaliya zavzhdi viznachayetsya po vidnoshennyu do konkretnoyi modeli Anomalii ta izostatichnoyi gravitaciyi vidriznyayutsya tim sho bazuyutsya na riznih teoretichnih popravkah do sili tyazhinnya Vimiryuvannya gravitacijnih anomalij provoditsya shlyahom vimiryuvannya sili tyazhinnya v bagatoh miscyah doslidzhuvanogo regionu za dopomogoyu portativnogo priladu yakij nazivayetsya gravimetrom Retelnij analiz gravitacijnih danih dozvolyaye geologam robiti visnovki pro pidpoverhnevu geologiyu ViznachennyaGravitacijna anomaliya ce riznicya mizh sposterezhuvanim priskorennyam vilnogo padinnya poblizu poverhni planeti ta vidpovidnim znachennyam peredbachenim modellyu gravitacijnogo polya planeti Yak pravilo model bazuyetsya na sproshenih pripushennyah takih yak te sho pid diyeyu samogravitaciyi ta obertalnogo ruhu planeta nabuvaye formi elipsoyida obertannya Sila tyazhinnya na poverhni cogo referenc elipsoyida viznachayetsya prostoyu formuloyu yaka mistit lishe shirotu Gravitacijni anomaliyi buli vpershe viyavleni v 1672 roci koli francuzkij astronom Zhan Rihter stvoriv observatoriyu na ostrovi Kayenna U Rihtera buv visokotochnij mayatnikovij godinnik retelno vidkalibrovanij u Parizhi pered jogo vid yizdom Odnak vin viyaviv sho godinnik u Kajyenni jde nadto povilno porivnyano z vidimim ruhom zir P yatnadcyat rokiv potomu Isaak Nyuton vikoristav svoyu neshodavno sformulovanu universalnu teoriyu tyazhinnya shob poyasniti anomaliyu Nyuton pokazav sho na vimiryane znachennya sili tyazhinnya vplivaye obertannya Zemli yake takozh sprichinyaye splyushennya Zemli z polyusiv Kajyenna roztashovana blizhche do ekvatora nizh Parizh tomu vona odnochasno i vidchuvaye silnishe vidcentrove priskorennya vid obertannya Zemli i znahoditsya dali vid centru Zemli sho zmenshuye gravitacijne tyazhinnya Zemli Obidva ci efekti zmenshuyut znachennya sili tyazhinnya poyasnyuyuchi chomu mayatnikovij godinnik Rihtera jshov nadto povilno Vrahuvannya cih dvoh efektiv usunula bilshu chastinu sposterezhuvanoyi anomaliyi Shob zrozumiti prirodu gravitacijnoyi anomaliyi viklikanoyi nadrami neobhidno vnesti ryad popravok do modeli sili tyazhinnya Rizni teoretichni modeli vklyuchatimut rizni popravki do znachennya sili tyazhinnya tomu gravitacijna anomaliya zavzhdi viznachayetsya z posilannyam na konkretnu model Kozhna z anomalij vilnogo povitrya ta izostatichnoyi gravitaciyi bazuyetsya na riznih teoretichnih popravkah do znachennya sili tyazhinnya Modelna pole ta popravkiGipotetichne vimiryuvannya sili tyazhinnya Znachennya sili tyazhinnya vimiryuyetsya v chervonij tochci poznachenij g m displaystyle g m Zelena tochka ce normalna gravitaciya g n displaystyle g n yaka lezhit na referenc elipsoyidi Gipotetichne vimiryuvannya sili tyazhinnya z popravkoyu na prilivni sili Gipotetichne vimiryuvannya sili tyazhinnya z popravkoyu na priplivi ta relyef Gipotetichne vimiryuvannya sili tyazhinnya z popravkami na vilne povitrya Gipotetichne vimiryuvannya sili tyazhinnya z popravkoyu Bugera Vidpravnoyu tochkoyu dlya modelnogo polya ye mizhnarodnij referenc elipsoyid yakij daye normalnu silu tyazhinnya gn dlya kozhnoyi tochki idealizovanoyi formi Zemli Podalshi utochnennya modelnogo polya zazvichaj virazhayutsya yak popravki dodani do vimiryanoyi sili tyazhinnya abo sho ekvivalentno vidnyati vid normalnoyi sili tyazhinnya Yak minimum voni vklyuchayut prilivnu popravku gtid popravku na miscevist gT i popravku na vilne povitrya gFA Dlya bagatoh gravitacijnih modelej dodayutsya takozh inshi popravki Riznicya mizh skorigovanoyu vimiryanoyu gravitaciyeyu ta normalnoyu gravitaciyeyu ye gravitacijnoyu anomaliyeyu Normalna gravitaciya Normalna gravitaciya vrahovuye gravitaciyu idealizovanoyi elipsoyidnoyi Zemli z popravkoyu na yiyi obertannya Vona viznachayetsya formuloyu g n g e 1 b 1 sin 2 l b 2 sin 2 2 l displaystyle g n g e 1 beta 1 sin 2 lambda beta 2 sin 2 2 lambda de g e displaystyle g e 9 780327 b 1 displaystyle beta 1 5 30244 i b 2 displaystyle beta 2 5 8 Cya formula spravedliva z tochnistyu do 0 1 mgal na bud yakij shiroti l displaystyle lambda Dlya zabezpechennya vishoyi tochnosti isnuye skladnisha formula yaka daye normalnu gravitaciyu z tochnistyu do 0 0001 mgal Prilivna popravka Sonce i Misyac stvoryuyut zalezhni vid chasu prilivni sili yaki vplivayut na vimiryane znachennya sili tyazhinnya priblizno na 0 3 mgal dvi tretini ciyeyi velichini pripadaye na Misyac Cej efekt duzhe dobre vivchenij i mozhe buti tochno rozrahovanij dlya zadanogo chasu ta miscya vikoristovuyuchi astrofizichni dani ta formuli shob otrimati priplivnu popravku gtid Popravka na relyef Miscevij relyef zemnoyi poverhni vplivaye na velichinu sili tyazhinnya I visochini nad tochkoyu vimiryuvannya i dolini nizhche tochki vimiryuvannya zmenshuyut vimiryane znachennya sili tyazhinnya Ce vrahovano popravkoyu na relyef gT Vona rozrahovuyetsya na osnovi znannya miscevoyi topografiyi ta ocinok gustini girskih porid sho skladayut relyef Po suti cya popravka efektivno zgladzhuye relyef navkolo tochki vimiryuvannya Popravku na relyef neobhidno rozrahovuvati dlya kozhnoyi tochki v yakij vimiryuyetsya sila tyazhinnya beruchi do uvagi kozhen pagorb abo dolinu riznicya u visoti yakih vid tochki vimiryuvannya perevishuye priblizno 5 vidstani vid tochki vimiryuvannya Cya zadacha vimagaye skladnih rozrahunkiv ale ce neobhidno dlya otrimannya korenktnoyi gravitacijnoyi anomaliyi Popravka na vilne povitrya Nastupna popravka ce popravka na vilne povitrya Pri comu vrahovuyetsya toj fakt sho vimiryuvannya zazvichaj vidbuvayetsya na inshij visoti nizh opornij elipsoyid na danij shiroti ta dovgoti Dlya tochki vimiryuvannya nad referenc elipsoyidom ce oznachaye sho gravitacijne tyazhinnya ob yemnoyi masi Zemli trohi zmenshuyetsya Popravka na vilne povitrya dorivnyuye prosto 0 3086 mgal m 1 pomnozhiti na visotu nad referenc elipsoyidom Reshta gravitacijnoyi anomaliyi v cij tochci nazivayetsya anomaliyeyu vilnogo povitrya Tobto anomaliya vilnogo povitrya dayetsya formuloyu D g F g m D g F A D g T D g tide g n displaystyle Delta g F g m Delta g FA Delta g T Delta g text tide g n Popravka plastini Bugera Anomaliya vilnogo povitrya ne vrahovuye shar materialu pislya virivnyuvannya miscevosti za mezhami referenc elipsoyida Gravitacijne tyazhinnya cogo sharu abo plastini vrahovuyetsya popravkoyu plastini Bugera yaka stanovit 0 0419 10 3rh mgal m2 kg 1 Gustina girskoyi porodi r zazvichaj prijmayetsya rivnoyu 2670 kg m 3 tomu popravku plastini Bugera zazvichaj prijmayut rivnoyu 0 1119 mgal m 1god Tut h visota nad referenc elipsoyidom Reshta gravitacijnoyi anomaliyi v cij tochci nazivayetsya anomaliyeyu Bugera Tobto anomaliya Bugera rozrahovuyetsya yak D g B g m D g B P D g F A D g T D g tide g n displaystyle Delta g B g m Delta g BP Delta g FA Delta g T Delta g text tide g n Izostatichna popravka Anomaliya Bugera dodatna nad okeanskimi basejnami i vid yemna nad visokimi kontinentalnimi oblastyami Ce pokazuye sho nizka visota okeanichnih basejniv i visoka visota kontinentiv kompensuyetsya tovshinoyu kori na glibini Visha miscevist utrimuyetsya plavuchistyu bilsh tovstoyi kori sho plavaye na mantiyi Izostatichna anomaliya viznachayetsya yak anomaliya Bugera minus gravitacijna anomaliya vnaslidok kompensaciyi na pidpoverhnevi shari Vona ye miroyu lokalnogo vidhilennya vid izostatichnoyi rivnovagi vnaslidok dinamichnih procesiv u v yazkij mantiyi U centri rivnogo plato vona priblizno dorivnyuye anomaliyi vilnogo povitrya Izostatichna popravka zalezhit vid izostatichnoyi modeli yaka vikoristovuyetsya dlya rozrahunku izostatichnogo balansu i tomu desho vidriznyayetsya dlya raznih modelej model Ejri Gejskanena pripuskaye sho kora ta mantiya odnoridni za gustinoyu a izostatichnij balans zabezpechuyetsya zminami v tovshini kori model Pratta Gejforda pripuskaye sho nizhnya granicya zemnoyi kori skriz znahoditsya na odnakovij glibini a izostatichnij balans zabezpechuyetsya zminami gustini zemnoyi kori model pruzhnoyi pliti Veninga Mejnesa pripuskaye sho zemna kora diye yak natyagnuta membrana Izostatichnu anomaliyu znahodyat shlyahom obchislennya teoretichnoyi modeli zemnoyi kori i vidnimannya yiyi vid anomaliyi Bugera PrichiniGravitacijni ta geoyidni anomaliyi sprichineni zminami tovshini zemnoyi kori ta litosferi vidnosno bazovoyi konfiguraciyi Usi strukturi znahodyatsya v umovah lokalnoyi izostatichnoyi kompensaciyeyi z visotoyu 1000 abo 1000 m nad serednim rivnem Karta bugerivskih gravitacijnih anomalij shtatu Nyu Dzhersi Lokalni gravitacijni anomaliyi pov yazani z anomalnim rozpodilom gustini na Zemli i takim chinom vimiryuvannya gravitacijnogo polya Zemli dopomagayut zrozumiti vnutrishnyu strukturu planeti Regionalni prichini Anomaliya Bugera nad kontinentami yak pravilo vid yemna osoblivo nad girskimi hrebtami Napriklad tipovi anomaliyi Bugera v Centralnih Alpah stanovlyat 150 miligaliv Navpaki anomaliya Bugera dodatna nad okeanami Ci anomaliyi vidobrazhayut riznu tovshinu zemnoyi kori Bilsh visokij kontinentalnij relyef pidtrimuyetsya tovstoyu koroyu nizkoyi gustini yaka plavaye na shilnij mantiyi todi yak okeanichni basejni vkriti nabagato tonshoyu okeanichnoyu koroyu Anomaliyi vilnogo povitrya ta izostatichni anomaliyi neveliki poblizu centriv okeanichnih basejniv abo kontinentalnih plato pokazuyuchi sho voni znahodyatsya priblizno v izostatichnij rivnovazi Gravitacijne tyazhinnya visokoyi miscevosti vrivnovazhuyetsya znizhenim gravitacijnim tyazhinnyam glibokih shariv nizkoyi gustini Ce nablizhaye anomaliyu vilnogo povitrya do nulya Izostatichna anomaliya vklyuchaye popravki na obidva efekti sho takozh zvodit yiyi majzhe do nulya Anomaliya Bugera vklyuchaye lishe vid yemnu popravku na visokij relyef tomu ye silno vid yemnoyu Zagalom izostatichna anomaliya Ejri dorivnyuye nulyu v oblastyah de ye povna izostatichna kompensaciya Anomaliya vilnogo povitrya takozh blizka do nulya za vinyatkom zon poblizu granic blokiv zemnoyi kori Anomaliya Bugera duzhe vid yemna na pidnyatij miscevosti Protilezhne virno dlya teoretichnogo vipadku relyefu yakij ye povnistyu nekompensovanim anomaliya Bugera dorivnyuye nulyu todi yak izostatichni anomaliyi vilnogo povitrya ta Ejri silno dodatni Nad seredinno okeanichnimi hrebtami anomaliyi vilnogo povitrya neveliki ta spivvidnosyatsya z relyefom dna okeanu Hrebet i susidni z nim oblasti viyavlyayutsya povnistyu izostatichno kompensovanimi Isnuye velika pozitivna popravka Bugera ponad 350 mgal na vidstani ponad 1000 km vid osi hrebta yaka zmenshuyetsya do 200 nad hrebtom Ce uzgodzhuyetsya z sejsmichnimi danimi ta svidchit pro nayavnist magmovoyi kameri nizkoyi gustini pid vissyu hrebta Uzdovzh ostrivnih dug sposterigayutsya intensivni izostatichni anomaliyi ta anomaliyi vilnogo povitrya Ce ye oznakoyu silnih dinamichnih efektiv u zonah subdukciyi Anomaliya vilnogo povitrya stanovit blizko 70 mgal uzdovzh uzberezhzhya And i ce poyasnyuyetsya subdukciyeyu shilnoyi pliti Sama zona subdukciyi maye silno vid yemnu gravitacijnu anomaliyu blizko 250 mgal Ce vidbuvayetsya cherez okeansku vodu nizkoyi gustini ta vidkladennya sho zapovnyuyut zagliblennya Gravitacijni anomaliyi svidchat pro inshi procesi sho vidbuvayutsya gliboko v litosferi Napriklad gliboke zanurennya nizhnoyi granici litosferi mozhe poyasniti negativni izostatichni anomaliyi u shidnomu Tyan Shani Gavajska gravitacijna anomaliya jmovirno povnistyu kompensovana v mezhah litosferi a ne v mezhah pidstilayuchoyi estenosferi sho superechit poyasnennyu pidjomu Gavajskih ostroviv yak produktu estenosfernogo potoku pov yazanogo z pidstilayuchim mantijnim plyumom Natomist pidjom mozhe buti rezultatom potonshennya litosferi estenosfera sho lezhit pid neyu mensh shilna nizh litosfera i vona pidnimayetsya stvoryuyuchi potovshennya Podalshe oholodzhennya znovu zbilshuye gustinu litosferi i vidbuvayetsya opuskannya Miscevi anomaliyi Miscevi anomaliyi vikoristovuyutsya v prikladnij geofizici Napriklad lokalna pozitivna anomaliya mozhe vkazuvati na nayavnist metalevih rud Solyani kupoli zazvichaj virazhayutsya na gravitacijnih kartah yak minimumi oskilki sil maye nizku gustinu porivnyano zi skelyami v yaki pronikaye kupol Na masshtabah promizhnih mizh cilimi girskimi hrebtami ta okremimi pokladami rud anomaliyi Bugera mozhut vkazuvati na tipi girskih porid Napriklad gravitacijna anomaliya v Nyu Dzhersi yavlyaye soboyu graben triasovogo periodu v osnovnomu zapovnenij shilnimi bazaltami Suputnikova gravimetriyaKarta gravitacijnoyi anomaliyi vid GRACE Ostannim chasom parametri gravitacijnogo polya Zemli viznachayutsya za dopomogoyu suchasnih suputnikovih misij takih yak GOCE CHAMP Swarm GRACE i GRACE FO Parametri najnizhchih poryadkiv vklyuchayuchi splyusnutist Zemli ta ruh geocentru najkrashe viznachayutsya za dopomogoyu lazernoyi lokaciyi suputnikiv Velikomasshtabni gravitacijni anomaliyi mozhna viyaviti z kosmosu yak pobichnij produkt suputnikovih gravitacijnih misij napriklad GOCE Ci suputnikovi misiyi spryamovani na viznachennya detalnoyi modeli gravitacijnogo polya Zemli yaka zazvichaj predstavlena yak rozkladannya gravitacijnogo potencialu Zemli za sferichnimi garmonikami hoch isnuyut i alternativni predstavlennya Kosmichna misiya GRACE skladayetsya z dvoh suputnikiv yaki mozhut viyavlyati zmini gravitaciyi na Zemli Analogichna kosmichna misiya GRAIL takozh skladalasya z dvoh kosmichnih aparativ sho protyagom troh rokiv obertalisya navkolo Misyacya PrimitkiJackson Julia A red 1997 gravity anomaly Glossary of geology vid Fourth Alexandria Virginia American Geological Institute ISBN 0922152349 Lowrie William 2007 2 Fundamentals of geophysics vid 2nd Cambridge Cambridge University Press ISBN 978 1 60119 744 3 Lowrie 2007 s 65 Lowrie 2007 s 44 Allaby Michael 2013 gravity anomaly A dictionary of geology and earth sciences vid Fourth Oxford Oxford University Press ISBN 9780199653065 Lowrie 2007 s 77 78 Lowrie 2007 s 65 66 Lowrie 2007 s 54 Lowrie 2007 s 77 Lowrie 2007 s 79 Lowrie 2007 s 79 80 Lowrie 2007 s 83 84 Lowrie 2007 s 80 Kearey P Klepeis K A Vine F J 2009 Global tectonics vid 3rd Oxford Wiley Blackwell s 42 ISBN 9781405107778 Kearey Klepeis ta Vine 2009 s 45 48 Lowrie 2007 s 103 104 Kearey Klepeis ta Vine 2009 s 46 Lowrie 2007 s 95 Werner Dietrich Kissling Eduard August 1985 Gravity anomalies and dynamics of the Swiss Alps Tectonophysics 117 1 2 97 108 doi 10 1016 0040 1951 85 90239 2 Lowrie 2007 s 97 99 Monroe James S Wicander Reed 1992 Physical geology exploring the Earth St Paul West Pub Co s 326 ISBN 0314921958 Lowrie 2007 s 99 Burov E V Kogan M G Lyon Caen Helene Molnar Peter 1 sichnya 1990 Gravity anomalies the deep structure and dynamic processes beneath the Tien Shan Earth and Planetary Science Letters 96 3 367 383 doi 10 1016 0012 821X 90 90013 N Detrick Robert S Crough S Thomas 1978 Island subsidence hot spots and lithospheric thinning Journal of Geophysical Research 83 B3 1236 doi 10 1029 JB083iB03p01236 Monroe ta Wicander 1992 s 302 303 Herman G C Dooley J H Monteverde D H 2013 Structure of the CAMP bodies and positive Bouger gravity anomalies of the New York Recess Igneous processes during the assembly and breakup of Pangaea Northern New Jersey and New York City 30th Annual Meeting of the Geological Association of New Jersey PDF New York College of Staten Island s 103 142 Procitovano 29 sichnya 2022 Meyer Ulrich Sosnica Krzysztof Arnold Daniel Dahle Christoph Thaller Daniela Dach Rolf Jaggi Adrian 22 kvitnya 2019 SLR GRACE and Swarm Gravity Field Determination and Combination Remote Sensing 11 8 956 Bibcode 2019RemS 11 956M doi 10 3390 rs11080956 Tapley Byron D Watkins Michael M Flechtner Frank Reigber Christoph Bettadpur Srinivas Rodell Matthew Sasgen Ingo Famiglietti James S Landerer Felix W Chambers Don P Reager John T Gardner Alex S Save Himanshu Ivins Erik R Swenson Sean C Boening Carmen Dahle Christoph Wiese David N Dobslaw Henryk Tamisiea Mark E May 2019 Contributions of GRACE to understanding climate change Nature Climate Change 9 5 358 369 Bibcode 2019NatCC 9 358T doi 10 1038 s41558 019 0456 2 PMC 6750016 PMID 31534490 Sosnica Krzysztof Jaggi Adrian Meyer Ulrich Thaller Daniela Beutler Gerhard Arnold Daniel Dach Rolf October 2015 Time variable Earth s gravity field from SLR satellites Journal of Geodesy 89 10 945 960 Bibcode 2015JGeod 89 945S doi 10 1007 s00190 015 0825 1 LiteraturaHeiskanen Weikko Aleksanteri Moritz Helmut 1967 Physical Geodesy