2.2. Гравитационное поле

Гравитационное поле (поле силы тяжести), природа которого и сегодня остается для ученых загадкой, является очень важным жизненным фактором, так как благодаря ему на Земле удерживается гидросфера, атмосфера, да и литосфера. Гравитационное поле Земли характеризуется сложностью структуры и пространственной изменчивостью, которые определяются особенностями плотностного разреза, взаимным расположением и размерами гравитирующих тел на фоне общего планетарного поля силы тяжести.

Измеряемыми параметрами гравитационного поля (поля силы тяжести) являются ускорение, которое для краткости называют "силой тяжести" (g), и его градиенты (g_x, g_y, g_z). Величина g определяется в основном ускорением свободного падения тел за счет ньютоновского притяжения и в меньшей степени ускорением центробежной силы вращения Земли. Этими двумя факторами определяется так называемое "нормальное поле силы тяжести". Вследствие неравномерности распределения плотности горных пород, слагающих земную кору, и вещества верхней мантии появляется аномальное поле силы тяжести. Таким образом, полное значение силы тяжести складывается из нормального и аномального полей. Если путем расчетов выделить аномальное поле, то оно определяется лишь плотностной неоднородностью Земли в районе измерений g.

Нормальные значения ускорения силы тяжести изменяются в пределах от 9,78 м/с² на экваторе до 9,83 м/с² на полюсах. В гравиметрии за единицу измерения силы тяжести принимается миллигал (мГал): 1 мГал = 10^-3 Гал = 10^-5 м/с². Гравитационные аномалии, имеющие геологическую природу, достигают (3 - 30) · 10^-4 м/с². Временные вариации, обусловленные приливным воздействием космических тел, и в первую очередь Луны и Солнца, приводящим к периодическим изменениям высоты земной поверхности, а также к медленному перераспределению гравитирующих масс внутри земного шара, могут составлять 3,4 · 10^-4 м/с², а возможная величина вековых изменений силы тяжести в течение года - менее 1,0 · 10^-4 м/с².

Изменения силы тяжести на поверхности литосферы, которые обусловлены инженерной деятельностью человека: извлечение из недр Земли значительного количества ископаемого сырья, искусственное снижение или повышение уровня подземных вод, создание обширных водохранилищ, строительство крупных городских агломераций, сравнимы с временными вариациями. Сила тяжести может меняться при протекании

25

экологически значимых геологических процессов, таких, например, как сейсмотектонические подвижки, обвальные явления, оползне и карстопроявление, процессы, связанные с проседанием земной поверхности, переработкой берегов крупных водохранилищ и т.п.

В практике гравиметрии чаще измеряются не абсолютные (g), а относительные значения (или приращения) ускорения силы тяжести по отношению к какому-нибудь опорному пункту (Δg). Для этого применяются разного рода гравиметры (см. разд. 4.2). Для определения градиентов силы тяжести, называемых вторыми производными потенциала, используются вариометры и градиентометры (Бондаренко и др., 1998; Геофизические методы исследования, 1988).

Точность измерений разными типами гравиметров на суше составляет 0,01 - 0,5 мГал, на море и в воздухе - 1 мГал, а при измерении вариометрами и градиентометрами - около 1 E (этвеш), 1 E = 1 мГал/км.

Специальными приемами глобального изучения поля силы тяжести являются альтиметрические наблюдения, позволяющие посредством определения орбит спутников (форм и высоты) рассчитывать аномальные гравитационные поля и изучать их динамику.

26