중력 이상

Gravity anomaly
중력 이상과 혼동하지 말 것.
공식은 지구의 중력 mathemat 수학적 모형을 참조하십시오.

지구 표면에서의 중력 이상은 관측된 중력 값과 이론적인 모델에 의해 예측된 값 사이의 차이입니다.만약 지구가 균일한 밀도의 이상적인 타원형 구면체라면, 지구 표면의 모든 지점에서 측정된 중력은 간단한 공식에 의해 정확하게 주어질 것이다.그러나 지구는 표면이 울퉁불퉁하고 균일하지 않아 중력장을 왜곡시킨다.중력의 이론적 값은 고도와 인근 지형의 영향에 대해 보정할 수 있지만, 일반적으로 측정된 값과 약간 다릅니다.이러한 중력 이상은 비정상적인 밀도의 지표면 구조의 존재를 드러낼 수 있다.예를 들어, 지표면 아래에 있는 고밀도 광석의 질량은 광석의 중력 증가로 인해 양의 이상 징후를 나타낼 것입니다.

서로 다른 이론 모델은 서로 다른 중력 값을 예측하므로, 중력 이상은 항상 특정 모델을 참조하여 지정됩니다.Bouguer, 자유 공기 및 등각 중력 이상은 각각 중력 값에 대한 다른 이론적 보정에 기초합니다.

중력 조사는 중력계라고 불리는 휴대용 기구를 사용하여 관심 지역의 많은 위치에서 중력 이상을 측정하여 이루어집니다.중력 데이터를 신중하게 분석하면 지질학자들은 지표면 아래 지질에 대해 추론할 수 있다.

정의.

중력 이상은 행성 표면에서 물체가 자유낙하할 때 관찰된 가속도와 행성의 [1]중력장 모형에서 예측된 값 사이의 차이입니다.전형적으로 이 모델은 자기중력과 회전운동 하에서 행성은 [2]회전하는 타원체의 형상을 가정하는 등 단순화된 가정을 기반으로 합니다.이 기준 타원체 표면의 중력은 위도만을 포함하는 간단한 공식에 의해 주어진다.지구의 경우 기준 타원체는 국제 기준 타원체이며, 타원체 상의 점에 대해 예측되는 중력값은 정상 중력이다n.[3]

중력 이상은 프랑스 천문학자 장 리히터가 카이엔 섬에 천문대를 세운 1672년에 처음 발견되었다.리히터는 출발하기 전에 파리에서 세심하게 보정된 매우 정확한 시계추 시계를 가지고 있었다.하지만, 그는 카이엔에서 시계가 별들의 겉으로 보이는 움직임에 비해 너무 느리게 간다는 것을 발견했다.15년 후, 아이작 뉴튼은 이 변칙적인 현상을 설명하기 위해 새로 공식화된 만유인력 이론을 이용했다.뉴턴은 측정된 중력의 값이 지구의 자전에 의해 영향을 받아 지구의 적도가 극에 비해 약간 부풀어 오른다는 것을 보여주었다.파리보다 적도에 가까운 카이엔은 지구의 중심에서 더 멀고(지구의 큰 중력을 약간 줄임) 지구의 자전에 의한 더 강한 원심 가속의 영향을 받는다.이 두 가지 효과는 중력의 값에 의존했던 리히터의 진자 시계가 왜 너무 느리게 갔는지를 설명하면서 중력의 값을 감소시킨다.이러한 영향을 수정하면 이 [4]문제의 대부분이 제거되었습니다.

지표면으로 인한 중력 이상 특성을 이해하려면 측정된 중력 값을 여러 번 보정해야 합니다.다른 이론 모델에는 중력 값에 대한 다른 보정이 포함되므로 항상 특정 모델을 참조하여 중력 이상이 지정됩니다.Bouguer, 자유 공기 및 등각 중력 이상은 각각 [5]중력 값에 대한 다른 이론적 보정에 기초합니다.

모델 필드 및 수정 사항

가상의 중력 측정입니다.중력값은 g m로 된 빨간색 지점에서 측정됩니다.녹색 지점은 기준 타원체에 있는 정상 입니다.
조력 보정된 가상의 중력 측정
조수 및 지형에 대해 보정된 가상 중력 측정
자유 공기 보정을 통한 가상 중력 측정
Bouguer 보정을 통한 가상의 중력 측정

모델 필드의 시작 지점은 지구의 이상적인 모양에 있는 모든 점에 대해 정상 중력n g를 제공하는 국제 기준 타원체입니다.모델장의 추가 정밀도는 일반적으로 측정된 중력에 보정을 더하거나 (등가적으로) 정상 중력에서 빼는 것으로 표현됩니다.적어도 조석보정△gtid, 지형보정△gT, 자유공기보정△g를 포함한다FA.다양한 중력 모델에 대해 다른 수정 사항이 추가됩니다.보정된 측정 중력과 정상 중력의 차이는 중력 [6]이상입니다.

정상 중력

주요 기사:정상 중력

정상 중력은 지구 전체의 부피 중력을 설명하며, 이상적인 형태와 회전으로 인해 보정됩니다.이 값은 다음 공식으로 표시됩니다.

서 g = 9.780327 m , 1(\ = 5.30244 × 10−3, 2(\ = -5.8 × 10−6).이는 위도 에서 0.1 mgal까지 정확하며, 보다 정밀도가 필요한 경우에는 0.0001 mgal의 [7]정확도로 정상 중력을 부여한다.

조석 보정

태양과 달은 측정된 중력의 값에 약 0.3 mgal만큼 영향을 미치는 시간에 의존하는 조력을 생성한다.이 중 3분의 2는 달에서 온 것입니다.이 효과는 매우 잘 이해되고 있으며 천체물리학적 데이터와 공식을 사용하여 주어진 시간과 위치에 대해 정확하게 계산하여 조석 보정tid △[8]g을 산출할 수 있다.

지형 보정

지표면의 국지적 지형이 중력 측정에 영향을 미칩니다.측정 지점보다 높은 지형과 측정 지점보다 낮은 계곡 모두 측정된 중력의 값을 감소시킵니다.이는 지형 보정 △g에서T 고려됩니다.지형 보정은 지역 지형에 대한 지식과 고지를 구성하는 암석의 밀도를 추정하여 계산됩니다.실제로 지형 보정은 측정 [9]지점 주변의 지형을 수평으로 조정합니다.

지형 보정은 측정 지점과의 고도 차이가 측정 지점과의 거리의 약 5%보다 큰 모든 언덕 또는 계곡을 고려하여 중력을 측정하는 모든 지점에 대해 계산해야 합니다.이것은 지루하고 시간이 많이 걸리지만 의미 있는 중력 [10]이상을 얻기 위해 필요합니다.

프리 에어 보정

주요 기사:프리 에어 이상

다음 보정은 자유 공기 보정입니다.이는 일반적으로 측정 위도와 경도에서 측정값이 기준 타원체와 다른 표고에 있다는 사실을 고려합니다.기준 타원체 위의 측정점에서 이는 지구 부피 질량의 중력이 약간 감소함을 의미합니다.자유 공기 보정은 단순히 0.3086 mgal−1 x 기준 타원체 [11]위의 표고입니다.

이 시점에서 남아 있는 중력 이상을 자유 공기 이상이라고 합니다.즉, 프리 에어의 이상은 다음과 같습니다.[12]

Bouguer 플레이트 보정

주요 기사:부게르 이상

자유 공기 이상은 기준 타원체 외부의 물질 층(지형 레벨링 후)을 고려하지 않습니다.이 층 또는 판의 중력은 -0.0419 × 10−3 µ h mgal2 mkg인−1 Bouguer 판 보정에 의해 고려된다.지각암의 밀도 θ는 보통 2670 kg3 m이므로 Bouguer 판 보정은 보통 -0.3086 mgal−1 mh로 한다.여기서 h는 기준 타원체 [13]위의 표고입니다.

이 시점에서 남아 있는 중력 이상을 Bouguer 이상이라고 합니다.즉, Bouguer의 이상은 다음과 같습니다.[12]

등정위 보정

다음 항목도 참조하십시오.등시성

Bouguer 변칙은 해양 분지에서는 양수이고 대륙 고지대에서는 음수이다.이것은 해저 분지의 낮은 고도와 대륙의 높은 고도가 깊이의 지각 두께로 보상된다는 것을 보여준다.높은 지형은 [14]맨틀에 떠 있는 두꺼운 지각의 부력에 의해 지탱됩니다.

등압 이상은 지표면 보정에 의한 Bouger 이상에서 중력 이상을 뺀 값으로 정의되며, 점성 맨틀의 동적 과정으로 인해 국부적으로 등압 평형에서 이탈하는 척도이다.평지 고원의 중심에서는 자유기 이상과 [15]거의 같다.등정성 보정은 등정성 평형을 계산하는 데 사용되는 등정성 모델에 의존하며, 따라서 에어리-헤이스카넨 모델(지각과 맨틀의 밀도가 균일하고 지각 두께의 변화에 의해 등정성 평형이 제공된다고 가정함), 프랫-헤이포드 모델(지각의 바닥이 c의 바닥이라고 가정함)은 약간 다르다.녹은 어디에서나 같은 깊이에 있으며 지각 밀도의 횡방향 변화에 의해 등정적 균형이 제공되며, Vening Meinesz 탄성 플레이트 모델(지각은 탄성 [16]시트와 같은 역할을 한다고 가정함)이 그것이다.

전방 모델링은 이론 모델에 의해 요구되는 보상의 상세한 형태를 계산하고 이를 이용하여 부게르 변칙을 수정하여 등정적 [17]변칙을 생성하는 과정이다.

원인들

다양한 지각 및 암석권 두께 변화로 인해 발생하는 중력 및 지오이드 이상.모든 설정은 기준 레벨보다 +1000 또는 -1000m 높이로 국소 등정 보정됩니다.
(Bouguer) 뉴저지주(Bouguer

중력 이상에서 가로 방향 변화는 지구 내 비정상적인 밀도 분포와 관련이 있다.지구의 중력에 대한 국지적인 측정은 우리가 행성의 내부 구조를 이해하는 데 도움을 준다.

지역적 원인

대륙의 Bouguer 변칙은 일반적으로 음수이며,[18] 특히 산맥의 경우에는 음수입니다.예를 들어, 중앙 알프스 산맥의 전형적인 부게르 이상은 -150 밀리알입니다.[19]반면에, Bouguer 이상은 바다에 대해 양수이다.이러한 이상 징후들은 지구 지각의 다양한 두께를 반영한다.대륙 지형이 더 높은 맨틀 위에 떠다니는 두껍고 밀도가 낮은 지각에 의해 지탱되는 반면, 해양 분지는 훨씬 더 얇은 해양 지각에 의해 층층이 형성되어 있습니다.자유 공기와 등각 이상은 해양 분지 또는 대륙 고원의 중심 부근에서 작으며, 이는 거의 등각 평형 상태에 있음을 보여준다.높은 지형의 중력은 기초적인 저밀도 뿌리의 감소된 중력에 의해 균형을 잡습니다.이로 인해 프리 에어 이상이 발생하며, 어느 쪽이든 보정항이 0에 가깝습니다.등정 이상에는 두 효과 모두에 대한 보정 항이 포함되므로 거의 0으로 감소합니다.Bouguer 이상에는 고지대에 대한 음의 보정만 포함되므로 매우 [18]음의 값이 됩니다.

보다 일반적으로 에어리 등정성 이상은 완전한 등정성 보정이 이루어지는 영역에서는 제로입니다.자유공기 이상도 지각 블록 경계 부근을 제외하고는 0에 가깝다.Bouger 변칙은 고지대에서 매우 부정적입니다.완전히 보상되지 않은 지형의 이론적인 경우에는 그 반대입니다.Bouger 이상 징후는 0이지만 자유 공기 및 에어리 등정 [15]이상 징후는 매우 양성입니다.

알프스의 Bouger 이상 지도는 예상되는 깊은 산뿌리 외에 추가적인 특징을 보여준다.양성의 이상은 고대 대륙 충돌에 휘말린 밀도가 높은 맨틀 바위의 쐐기인 이브레아 본체와 관련되어 있습니다.몰라세 유역의 저밀도 퇴적물은 음의 이상을 일으킨다.이 지역에 걸친 대규모 조사는 유물의 침강 [20]지대에 대한 증거를 제공한다.스위스의 음성 등정 이상 징후는 활성 융기 영역과 관련이 있는 반면, 양성 이상은 [21]침하와 관련이 있다.

대양 중앙의 산등성이에서, 자유 공기의 이상 징후는 작고 해저 지형과 관련이 있다.산등성이와 그 측면은 완전히 등각적으로 보상된 것으로 보인다.용마루 축에서 1,000km(620mi) 이상 떨어진 350mgal 이상의 큰 Bouger 양성(+)이 있으며, 이 값은 축 위로 200까지 떨어집니다.이는 지진 데이터와 일치하며 용마루 [22]축 아래에 저밀도 마그마 챔버가 있음을 시사한다.

섬 호를 따라 심한 등압 이상과 자유 공기 이상이 있습니다.이것들은 섭입 구역에서 강한 동적 효과를 나타내는 것이다.자유공기 이상은 안데스 해안을 따라 약 +70mgal이며, 이는 전도성 고밀도 슬래브에 기인한다.트렌치 자체는 -250 mgal보다 음의 값이 더 큰 매우 [23]음의 값입니다.이것은 [24]해구를 채우고 있는 저밀도 바닷물과 퇴적물에서 발생한다.

중력 이상은 암석권 깊은 곳에서 일어나는 다른 과정에 대한 단서를 제공한다.예를 들어, 암석권의 뿌리가 형성되고 가라앉는 것은 동쪽의 천산([25]天山)에서 발생하는 음의 등정위 이상을 설명할 수 있다.하와이의 중력 이상은 기초 맨틀 플룸과 관련된 미심권 흐름의 산물로서 하와이의 상승에 대한 설명과 모순되는 기초 미심권 내가 아닌 암석권 내에서 완전히 보상된 것으로 보인다.대신 암석권 박막화의 결과일 수 있습니다.기초 미심권은 암석권보다 밀도가 낮고 부풀어 올라서 부풀어 오른다.그 후의 냉각은 암석권을 다시 두꺼워지게 하고 침하를 [26]일으킨다.

국소 이상

적용 지구물리학에서는 국지적 이상이 사용된다.예를 들어 국소적인 양의 이상은 금속광의 본체를 나타낼 수 있다.소금 돔은 일반적으로 중력 지도에서 낮은 것으로 표현되는데, 소금은 돔이 [27]침입하는 바위에 비해 밀도가 낮기 때문입니다.

전체 산맥과 광체 사이의 비늘에서 Bouguer 이상은 암석 유형을 나타낼 수 있다.예를 들어, 뉴저지 중부를 가로질러 북동-남서쪽의 높은 경향은 주로 빽빽한 [28]현무암으로 가득 찬 트라이아스기 시대의 포획을 나타냅니다.

위성 측정

이 섹션은 중력 측정 § 위성 중량 측정에서 발췌한 것입니다.[편집]
GRACE의 중력 이상 지도

현재 GOCE, CHAMP, Swarm, GRACE,[29][30] GRACE-FO와 같은 현대 위성 임무를 사용하여 정적 및 시간 가변 지구 중력장 매개변수가 결정되고 있다.지구의 편평성과 지리중심 운동을 포함한 최저도 매개변수는 위성 레이저 범위 [31]측정에서 가장 잘 결정됩니다.

대규모 중력 이상은 위성 중력 임무(예: GOCE)의 부산물로 우주에서 감지될 수 있다.이러한 위성 임무는 일반적으로 지구 중력 전위의 구면-조파적 팽창의 형태로 나타나는 지구의 상세한 중력장 모델의 회복을 목표로 하지만, 지오이드 기복이나 중력 이상 징후 지도와 같은 대안적인 제시도 생산된다.

중력 회복 및 기후 실험 (GRACE)은 지구 전체의 중력 변화를 감지할 수 있는 두 개의 위성으로 구성되어 있다.또한 이러한 변화는 중력 이상 시간적 변동으로 나타날 수 있다.중력 회복 및 내부 연구소(GRAIL)는 또한 2015년 궤도 이탈 전까지 3년 동안 달 궤도를 선회한 두 대의 우주선으로 구성되었다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Jackson, Julia A., ed. (1997). "gravity anomaly". Glossary of geology (Fourth ed.). Alexandria, Viriginia: American Geological Institute. ISBN 0922152349.
  2. ^ Lowrie, William (2007). "2". Fundamentals of geophysics (2nd ed.). Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-1-60119-744-3.
  3. ^ 로리 2007, 페이지 65
  4. ^ Lowrie 2007, 페이지
  5. ^ Allaby, Michael (2013). "gravity anomaly". A dictionary of geology and earth sciences (Fourth ed.). Oxford: Oxford University Press. ISBN 9780199653065.
  6. ^ Lowrie 2007, 77-78페이지
  7. ^ Lowrie 2007, 페이지 65~66
  8. ^ Lowrie 2007, 54페이지
  9. ^ 로리 2007, 페이지 77
  10. ^ 로리 2007, 페이지 79
  11. ^ Lowrie 2007, 79-80페이지.
  12. ^ a b Lowrie 2007, 페이지 83-84.
  13. ^ 로리 2007, 페이지 80
  14. ^ Kearey, P.; Klepeis, K.A.; Vine, F.J. (2009). Global tectonics (3rd ed.). Oxford: Wiley-Blackwell. p. 42. ISBN 9781405107778.
  15. ^ a b Kearey, Klepeis & Vine 2009, 페이지 45-48.
  16. ^ Lowrie 2007, 페이지 103-104.
  17. ^ Kearey, Klepeis & Vine 2009, 페이지 46.
  18. ^ a b Lowrie 2007, 95페이지
  19. ^ 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.
  20. ^ Lowrie 2007, 97
  21. ^ 로리 2007, 페이지 103-105
  22. ^ Lowrie 2007, 97-99페이지.
  23. ^ Monroe, James S.; Wicander, Reed (1992). Physical geology : exploring the Earth. St. Paul: West Pub. Co. p. 326. ISBN 0314921958.
  24. ^ 로리 2007, 99페이지
  25. ^ Burov, E. V.; Kogan, M. G.; Lyon-Caen, Hélène; Molnar, Peter (1 January 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.
  26. ^ 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.
  27. ^ 먼로 & 위캔더 1992, 페이지 302~303.
  28. ^ 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. pp. 103–142. Retrieved 29 January 2022.
  29. ^ Meyer, Ulrich; Sosnica, Krzysztof; Arnold, Daniel; Dahle, Christoph; Thaller, Daniela; Dach, Rolf; Jäggi, Adrian (22 April 2019). "SLR, GRACE and Swarm Gravity Field Determination and Combination". Remote Sensing. 11 (8): 956. Bibcode:2019RemS...11..956M. doi:10.3390/rs11080956.
  30. ^ 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.; Velicogna, Isabella (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.
  31. ^ 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.

추가 정보

  • Heiskanen, Weikko Aleksanteri; Moritz, Helmut (1967). Physical Geodesy. W.H. Freeman.