Schwerkraftanomalie

Eine Schwereanomalie (fälschlich auch Gravitationsanomalie) ist die lokale Abweichung der Schwerkraft vom theoretischen Vergleichswert auf einer Referenzfläche. Letztere ist im Fall der Erde meist das mittlere Erdellipsoid.

Ursachen von Schwereanomalien

Auf der Erde können die Schwereanomalien bis zu +/- 200 Milligal oder 0,2 Gal erreichen, was 0,02 Prozent der mittleren Schwerkraft sind. Sie geben Aufschluss über Unregelmäßigkeiten der Massenverteilung im Untergrund, die mehrere Ursachen haben können:

1. ungleiche Tiefe der Erdkruste (siehe auch Isostasie)
2. veränderlicher Dichtekontrast zwischen Erdkruste und Erdmantel
3. unterschiedliche oder schief liegende Gesteine in der Erdkruste
4. Abweichung der Gesteinsdichten von ihrem Durchschnittswert
5. Porenwasser und Einlagerung von Rohstoffen (Erze, Kohlenwasserstoffe).

Die erstgenannten Phänomene bewirken langwellige (regionale) Anomalien, während die Aspekte 3-5 vor allem lokale Charakteristik haben.

Ziele der Schweremessung

Die Messung von Schwereanomalien wird häufig zur Ortung von Lagerstätten genutzt. Sie ist auch ein Mittel, um die Tiefenstruktur der Erdkruste zu erforschen, wobei sie die Methoden der Geoseismik unterstützt.

Eine andere Anwendung ist die Geoidbestimmung - die Ermittlung der Niveauflächen des Erdschwerefeldes. Das Geoid weicht global um ± 50 Meter (maximal 110 m) vom Erdellipsoid ab und kann durch gut verteilte Schweremessungen mit cm- bis dm-Genauigkeit bestimmt werden.
Hierfür und auch bei anderen Planeten kommt insbesondere die Satellitengeodäsie ins Spiel, bei der die Bahnen künstlicher Satelliten verfolgt werden, in denen sich die Schwereanomalien abgeschwächt widerspiegeln. Die dabei erforderliche Feldfortsetzung nach unten wird allerdings vom Umkehrproblem der Potentialtheorie eingeschränkt.

In flachen Ländern ist die Methode der Lagerstättenerkundung durch Schweremessungen mit Gravimetern besonders wirtschaftlich. Im Gebirge jedoch sind die Einflüsse des Geländes auf die Schwerkraft nur schwierig zu berücksichtigen. Daher sind dort seismische Verfahren zum Aufspüren unterirdischer Dichtevariationen günstiger.

Korrekturen und Reduktionen der Messwerte

• Gangkorrektur: Korrektur der zeitlich variablen Einflüsse auf gravimetrische Messungen. (vor allem Instrumentendrift und Erdgezeiten)
• Breitenkorrektur: Korrektur der durch die geografische Breite verursachten Abweichung im Normalfeld. Siehe Internationale Schwereformel.
• Höhen- oder Freiluftreduktion: Korrektur der durch unterschiedliche Höhen der Messungen über NN hervorgerufenen Abweichungen.
• Bouguerplatte: Korrektur der verschiedenen Gesteinsdichten und Hohlräume im Gestein unter dem Messpunkt.
• Topografische Reduktion: Korrektur der lokalen Massenanziehung des Geländes (der Berge oder Täler); erfolgt mit einem digitalen Gelöndemodell.

In der Literatur finden sich unterschiedliche Bezeichnungen für die Korrekturen: so wird statt der Korrektur auch oft von einer Reduktion gesprochen (Gangreduktion, Bouguer-Reduktion).

Auswertung von Schwereanomalien

Es gibt regionale und lokale Schwereanomalien. Die horizontale Ausbreitung einer Schwereanomalie wird häufig als Wellenlänge bezeichnet.
Lokale Schwereanomalien erstrecken sich nur auf kleine Bereiche, sie besitzen kurzwellige Anomalien. Ihr Ursprung sind meist flachliegende Dichteunterschiede. Regionale Schwereanomalien dagegen erstrecken sich über weite Distanzen, sie besitzen langwellige Anomalien.
Diese beiden Anomalien können getrennt werden und ein mathematisches Modell des Untergrundes erzeugen. Jedoch sind diese Modelle nie eindeutig und müssen durch andere Untersuchungen (Bohrungen, seismische Messungen) untermauert werden.

Beispiele von Schwereanomalien

• Anomalie-T im Weddell-Meer ^[1]
• Münchberger Gneismasse ^[2]
• Mascons des Erdmondes

Weblinks

• Bouguer-Schwereanomalie
• Institut für Gravitationsforschung – Natürliche Gravitationsanomalien

Einzelnachweise

1. ↑ Anomalie-T – eine Schwereanomalie im Weddellmeer
2. ↑ Die Schwereanomalie im Bereich der Münchberger Gneismasse und ihre Interpretation

Literatur

• Christoph Reigber, Peter Schwintzer: Das Schwerefeld der Erde. Physik in unserer Zeit 34 (5), S. 206–212 (2003), ISSN 0031-9252

Siehe auch

Geophysik, Geodäsie, Geologie; Erdöl, Erzlager, Exploration, Geoid, Gesteinsdichte, Gravimetrie, Isostasie, Kontinente, Schwerebeschleunigung