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2025-12-09T18:55:39Z

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Der Begriff '''Gravimetrie''' (von {{laS|gravitas}}, „Schwere“ und [[-metrie]] von {{elS|τὸ μέτρον}} – das Maß) bezeichnet die Methoden, mit denen das lokale und regionale [[Gravitation|Schwerefeld]] der Erde vermessen wird. Die Bestimmung dieses fundamentalen [[Potentialfeld]]es ist für Geodäsie, Geophysik und Technik gleichermaßen von Bedeutung.

In der [[Geodäsie]] sind lokale Schwerewerte für die [[Höhenbestimmung]] (genaue Reduktion des [[Nivellement]]s) und die [[Geoidbestimmung]] von Bedeutung, in der [[Geophysik]] und der [[Geodynamik]] für die Erforschung des [[Erdinneres|Erdinnern]] und seiner Bewegungen. Ferner benötigen präzise Waagen und andere technische Messmethoden gravimetrische Daten zu ihrer [[Eichung]].

Anhand der unterschiedlichen Stärke der [[Schwerebeschleunigung]] an verschiedenen Orten lassen sich Aussagen über die Verteilung der [[Massenverteilung|Massen]] in der Erdkruste und über die jeweilige [[Gesteinsdichte]] treffen. Die Interpretation ist allerdings nicht immer eindeutig ([[Umkehrproblem der Potentialtheorie]]). Auch in der Erforschung anderer Himmelskörper ([[Planetologie]], [[Erdmond]]) gewinnt die Schweremessung an Bedeutung.
[[Datei:Southern ocean gravity hg.png|mini|hochkant=1.5|Schwerefeld der Erde im Südpolarmeer. Blau=negative Abweichung, Rottöne=positive Abweichung.]]
[[Datei:Geoid_undulation_10k_scale.jpg|thumb|[[Geoid]], der mit Satelliten-Gravimetrie bestimmt wurde.]]

== Messprinzipien ==
Die Gravitation lässt sich zum Beispiel aus der Schwingungsdauer eines [[Pendel]]s oder mit einer [[Drehwaage]] bestimmen, doch ist die Genauigkeit auf einige Millionstel der Schwerkraft beschränkt. Mit modernen [[Gravimeter]]n, die nach dem Prinzip der [[Federwaage]] arbeiten, sind hingegen ''relative'' Messunsicherheiten bis herab zu 5·10−9 erreichbar, mit supraleitenden Gravimetern sogar bis 10−11. Seit Beginn der 2000er Jahre wurden mit Methoden der Materiewellen[[interferometrie]] kalter Atome (s. [[Laserkühlung]]) Absolutgravimeter mit Messunsicherheiten der Größenordnung 10−10 demonstriert.<ref>Steven Chu, Achim Peters, Keng Yeow Chung: ''Measurement of gravitational acceleration by dropping atoms.'' In: ''Nature.'' 1999, 400, S. 849–852, [[doi:10.1038/23655]].</ref> Mit dem Messprinzip „[[Freier Fall]]“ (im Vakuum) lässt sich die Schwere auch ''absolut'' bestimmen. In einem ''Quanten-Gravimeter'' (engl. ''Quantum Gravimeter'') wird in einer magnetisch abgeschirmten Hochvakuumkammer nahe am absoluten Nullpunkt der Temperatur (etwa 1 μK) eine Testmasse aus 106 bis 107 [[Rubidium]]-Atomen fallen gelassen und die Abwärtsbewegung mit Hilfe eines [[Laser]]-Strahls mit einer ultrahohen Auflösung gemessen.<ref>{{Internetquelle |autor=Ménoret, V.; Vermeulen, P.; Desruelle, B.; et al. |url=https://rdcu.be/bVvVx |titel=Gravity measurements below 10-9 g with a transportable absolut quantum gravimeter |werk= |hrsg=Nature, ScientificReports 8, 2018 |datum= |abruf=2018-08-17 |sprache=en}}</ref>

Eine weitere Möglichkeit, relative Unterschiede der Schwere zu messen, besteht in der Verwendung von Gangunterschieden von Uhren. Nach der [[Allgemeine Relativitätstheorie|Allgemeinen Relativitätstheorie]] ist die Geschwindigkeit von Uhren abhängig von der Position im Gravitationsfeld. Aktuelle [[Atomuhr]]en erreichen Genauigkeiten im Bereich von 10−18, womit Höhen im Gravitationsfeld im Zentimeterbereich relativ zueinander bestimmbar wären.<ref>T.L. Nicholson, S.L. Campbell, R.B. Hutson, G.E. Marti, B.J. Bloom, R.L. McNally, W. Zhang, M.D. Barrett, M.S. Safronova, G.F. Strouse, W.L. Tewn J. Ye: ''Systematic evaluation of an atomic clock at 2 × 10−18 total uncertainty.'' In: ''Nature Communications.'' 2015, 6, [[doi:10.1038/ncomms7896]]</ref>

Zur späteren Wiederauffindung der Gravimeterpunkte und zur genauen [[Reduktion (Messung)|Reduktion]] der Messungen müssen die [[Geografische Koordinaten|geografischen]] oder die [[Landeskoordinaten]] der Messpunkte bestimmt werden. Dies erfolgt i. d. R. durch [[örtliche Einmessung]]. Die lokale Umgebung samt [[Sperrmaß]]en wird in [[Punktbeschreibung]]en dokumentiert.

== Gelände-Reduktion und Interpretation ==
Vor einer exakten Interpretation der Messergebnisse (Erforschung der [[Erdkruste]] oder des [[Erdschwerefeld]]es) müssen sie um den Einfluss des [[Gelände (Kartografie)|Geländes]] reduziert werden. Dieser Rechenschritt heißt „Geländereduktion“ oder „[[topografische Reduktion]]“. Hat man sie früher mit Folien auf [[Landkarte]]n bestimmt, so wird sie heute mit digitalen Geländemodellen ([[Digitales Geländemodell|DGM]]) berechnet. Die typische Entfernung zwischen den Punkten eines DGM liegt zwischen 50 m und 500 m.
[[Datei:Geoid-2Vert,Equipotential.png|mini|400px|Berge krümmen die Lotrichtung um bis zu 0,01° und ändern die Schwerkraft um bis zu 0,02 %, weshalb eine [[Geländereduktion]] nötig ist. Die Schwerkraft hängt mit dem gegenseitigen Abstand der Niveauflächen zusammen, während die Lotlinien auf ihnen (und auf dem Geoid) immer senkrecht stehen.]]

Diese Reduktionen und die verbleibenden [[Schwereanomalie]]n können über 200 [[Milligal]] (2 mm/s2) erreichen, was 0,02 % der durchschnittlichen [[Fallbeschleunigung]] bedeutet. Die Anomalien geben Aufschluss über [[geologisch]]e Unregelmäßigkeiten im Untergrund, welche durch abweichende [[Gesteinsdichte|Dichte]] unterschiedlicher [[Gestein]]e, durch [[Erdöl]]- oder [[Erzlagerstätte]]n bzw. unterschiedlich tiefen Erdmantel verursacht werden. Sie werden bei der [[Exploration (Geologie)| Exploration]] häufig zur Ortung von [[Lagerstätte]]n genutzt.

Eine andere Anwendung der Gravimetrie ist die Ermittlung von [[Niveaufläche]]n des Erdschwerefeldes für die [[Geoidbestimmung]]. Das Geoid weicht [[Maßstabsebene|global]] um ± 50 Meter (maximal +75 m / −110 m) vom mittleren [[Erdellipsoid]] ab und kann durch dynamische Methoden der [[dynamische Satellitengeodäsie|Satellitengeodäsie]] heute auf dm genau bestimmt werden. Bei gut verteilten [[Lotrichtung]]s- oder Schweremessungen in Abständen einiger Kilometer sind sogar [[Genauigkeit]]en im Zentimeter-Bereich möglich.

== Gravimetrische Methoden ==
„Gravimetrisch“ nennt man jene
* Methoden, die den Verlauf des [[Geoid]]s bzw. der Niveauflächen durch Messung der [[Schwerkraft]] ermitteln, bzw.
* Methoden der Angewandten [[Geophysik]], welche [[Rohstoff]]e und [[Gestein]]e der [[Erdkruste]] durch Berechnung von [[Schwereanomalie]]n erforscht – zum Unterschied von seismischen, elektrischen oder magnetischen Verfahren.

In flachen Ländern sind diese Methoden besonders [[Wirtschaftlichkeit|wirtschaftlich]]. Hingegen sind im [[Gebirge]] die Einflüsse des Geländes auf die Schwerkraft nur schwierig zu erfassen. Daher sind dort andere Methoden vorteilhafter, z. B. die [[Astrogeodäsie|astrogeodätische]] Geoidbestimmung (Messung der [[Lotabweichung]]) oder Verfahren der [[Seismik]].

== Siehe auch ==
* [[Angewandte Geophysik]]
* [[Erdmessung]]
* [[Geopotential]]
* [[Gradiometrie]]
* [[Grundlagenvermessung]]
* [[Isostasie]]
* [[Potsdamer Schweresystem]]
* [[Schweregrundnetz]]

== Literatur ==
* [[Wolfgang Torge]]: ''Gravimetry.'' de Gruyter-Verlag, Berlin 1989, ISBN 978-3-11-010702-9, Lehrbuch, 477 S.
* [[Karl Ledersteger]]: ''Astronomische und Physikalische Geodäsie (Erdmessung)'', [[Handbuch der Vermessungskunde|JEK]] Band V. J.B.Metzler-Verlag, Stuttgart 1968
* [[W.A. Magnizki]]: ''Theorie der Figur der Erde.'' Lehrbuch der Gravimetrie, Moskau 1961 (russisch) und Verlag für Bauwesen (Ostberlin) 1964, 340 S.
* Alexander A. Kaufman, Richard O. Hansen: ''Principles of the gravitational method.'' Elsevier, Amsterdam 2008, ISBN 978-0-444-52993-0
* Jakob Flury: ''Future satellite gravimetry and earth dynamics.'' Springer, Dordrecht 2005, ISBN 0-387-29796-0
* Rune Floberghagen: ''Lunar gravimetry.'' Kluwer, Dordrecht 2002, ISBN 1-4020-0544-X

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Gravimetrie| ]]
[[Kategorie:Markscheidewesen]]
[[Kategorie:Gravitation]]

Gravimetrie - Versionsgeschichte

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