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Gravimetrie PDF Drucken E-Mail

Am Conrad Observatorium werden zwei verschiedene Messverfahren angewendet: (1) Relativgravimeter zur Messung von kontinuierlichen zeitlichen Schwerevariationen; und (2) Absolutgravimeter zur Bestimmung von absoluten Werten als Monitoring langfristiger Schwereänderungen und zur Kalibration von Relativgravimetern.

Gravimetrie ist eine geophysikalische Methode zur Messung des Schwerefeldes der Erde. Dabei wird die Stärke der Schwerebeschleunigung an verschiedenen Orten bzw. ihre zeitliche Variabilität bestimmt, die Aufschluss über die Verteilung und Änderungen der Dichte der Erde gibt. Die Bestimmung des Schwerefeldes der Erde ist für eine Reihe von Fachgebieten wie der Geophysik, der physikalischen Geodäsie, der Fundamentalphysik und der Meteorologie von größter Bedeutung. Mit Hilfe der Schwerefeldinfomartion lassen sich sowohl globale Erdmodelle validieren, aks auch Rückschlüsse auf die Dichteverteilung auf kleineren Skalen (z.B. Erdkruste) ziehen. Schwerefeldinformationen tragen auch zu einem tieferen Verständnis innerhalb unseres Planeten, der Ozeane und der Atmosphäre bei. Gravimetrische Messungen dienen als Basis für präzise und einheitliche Standards, sowie als Ausgangsdaten für Berechnungen von Schwereanomalien und Geoidmodellen.

Im Jahr 1960 wurden erstmals detaillierte Profile quer zu den Alpen vermessen um die Untergrundstruktur der Ostalpen zu untersuchen. Die erste Schwerekarte Österreichs wurde im Jahr 1965 von E. Senftl veröffentlicht, und markiert einen  Meilenstein der gravimetrischen Forschung in Österreich. Gravimeter sind sehr komplexe und daher auch teure Instrumente. Österreichs erstes Absolutgravimeter (JILAg-6) wurde mit finanzieller Unterstützung mehrerer wissenschaftlicher Einrichtungen (IMGW, ZAMG, IG-MUL, GBA, ITG-TUG, IAGP-TUG, IWF-ÖAW, and IGG-TUW) angeschafft und seit 1986 vom BEV betrieben. Mit diesem Absolutgravimeter werden regelmäßige Messungen an Stationen des Österreichischen Schweregrundnetzes (ÖSGN) durchgeführt, aber auch an Messpunkten des European Combined Geodetic Network (ECGN). Seit 1995 wird in einer Kooperation zwischen ZAMG, IMGW und BEV gemeinsam gravimetrische Forschung betrieben, wobei das Absolutgravimeter (JILAg-6) und ein supraleitendes Gravimeter (GWR C025) in Kombination eingesetzt werden. ZAMG und IMGW partizipieren seit 1997 auch am Global Geodynamics Project (GGP) das ein weltweites Netzwerk von standardisierten supraleitenden Gravimetern (GGP stations) umfasst. Das supraleitende Gravimeter war zwischen 1995 und 2007 in Wien im Einsatz.

(1) Das supraleitende Gravimeter GWR SG CT-C025 (SG, Abb. 1) befindet sich seit dem Herbst 2007 am Conrad Observatorium und  wird dort in Zusammenarbeit mit der Universität Wien (IMGW Gravimetry) betrieben. Wie schon vorher in Wien misst es kontinuierlich die zeitlichen Variationen des Schwerefeldes der Erde, sowie deren Eigenschwingung nach großen Erdbeben. Supraleitende Gravimeter sind derzeit die präzisesten und leistungsfähigsten Messinstrumente zur Untersuchung zeitlicher Schwerevariationen unterschiedlichster geophysikalischer Ursachen, wie zum Beispiel die Erdgezeiten, Erdrotationschwankungen, translatorische Schwingung des Erdkerns, Eigenschwingungen der Erde, oder Auflasteffekte von Atmosphäre und Ozeanen sowie hydrologischen Massenflüsse. Die Identifizierung und Modellierung von Umwelteinflüssen auf die Schwere ist unerlässlich für die sinnvolle Interpretation geodynamischer Signale Schwerezeitreihen. Jedoch gehören supraleitende Gravimeter zu den Relativgravimetern und bedürfen der Korrektur instrumenteller Drift. Zur Bestimmung der Driftrate und des Skalenfaktors werden an derselben Station regelmäßig Absolutgravimeter eingesetzt. Diese Messungen erfolgen mehrmals im Jahr.

(2) Absolute Messungen des Schwerefeldes der Erde werden vom Bundesamt für Eich- und Vermessungswesen (BEV Gravimetry) durchgeführt. Gravimetrische Absolutwerte werden mit transportablen Absolutgravimetern gemessen, die den freien Fall einer Testmasse in einer luftleeren Kammer mit höchster Genauigkeit messen. Diese Messungen dienen der Realisierung und Erfassung präziser und einheitlicher Standards für das Schwerefeld in Österreich, sowie als Basisdaten für die Berechnung von Schwereanomalien und Geoidmodellen. Bis ins Jahr 2009 war das Absolutgravimeter JILAg-6 in Verwendung, welches aber seit 2010 durch das neue Absolutgravimter FG5 (AG, Abb. 2) ersetzt wurde. Das FG5 Gravimeter wurde durch die Kooperation von ZAMG und BEV erworben.

Absolute gravimeter FG5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Literatur
Ruess, D. (2001): Absolute Schweremessung in Österreich seit 1987. In: Hammerl, Ch., Lenhardt, W., Steinacker, R.,  Steinhauser, P. (Hrsg.): Die Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik 1851 – 2001. Leykam, 2001.
Meurers, B., Blaumoser, N., Göschke, M., Haden, S., Melichar, P. (2001:) Das supraleitende Gravimeter in Wien - ein Beitrag zur modernen geodynamischen Forschung. In: Hammerl, Ch., Lenhardt, W., Steinacker, R.,  Steinhauser, P. (Hrsg.): Die Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik 1851 – 2001. Leykam, 2001.
Ruess, D. (2005): Development of the European Combined Geodetic Network (ECGN) in Austria. Report on the Symposium of the IAG Subcommission for Europe (EUREF), Vienna, Austria, 1 - 4 June 2005. (pdf)
Meurers, B., Van Camp, M., Petermans, T. (2007): Correcting superconducting gravity time-series using rainfall modelling at the Vienna and Membach stations and application to Earth tide analysis, Journal of Geodesy, 81, 11, 703–712, DOI - 10.1007/s00190-007-0137-1, http://www.springerlink.com/content/t628260r88375w57
Zürn, W., Meurers, B. (2009): Clear evidence for the sign-reversal of the pressure admittance to gravity near 3mHz, Journal of Geodynamics, 48, 371–377
Meurers, B., Ruess, D. (2009): A new Bouguer gravity map of Austria. Austrian Journal of Earth Sciences. Vol. 102, 62-70.
Blaumoser, N. (2010): Measuring Earth gravitational effects at the Conrad Observatory. COBS Journal 2010. (link)
Ullrich, Ch. (2010): Absolute Gravimetry in Austria. COBS Journal 2010. (link)
Meurers, B., Dorninger, M. (2010): Superconducting Gravimeter (SG) GWR 025 at Conrad Observatory – A Contribution to the Global Geodynamics Project (GGP). COBS Journal 2010. (link)
Ruess, D., Ullrich, Ch. (2011): 20 years of International Comparisons of Absolute Gravimeters (ICAG) at the Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) in Paris with Participation of BEV. Autrian Contributions to the XXV General Assembly of the IUGG. VGI 2/2011, P. 154 – 161, Vienna.
Francis, O., Baumann, H., Volarik, T., Rothleitner, Ch., Ullrich, Ch., van Westrum, D., et.al. (2013): The European Comparison of Absolute Gravimeters 2011 (ECAG-2011) in Walferdange, Luxembourg: results and recommandations. Metrologia 50, 257-268, 2013.

Empfohlene Literatur
Gravimetry (1989) W. Torge, 465 S., Walter de Gruyter.
The Tides of the Planet Earth (1978) P. Melchior, 609 S., Pergamon Press.

Empfohlenes Online Material:
BEV - Österreichische Schwerekarte

 
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