Gravimeter
Schwerkraftmessgerät
Basiswissen
Ein Gravimeter ist ein Messgerät, mit dem man die Stärke des Gravitationsfeldes an einem bestimmten geographischen Ort messen kann. Der Begriff Gravimeter bezeichnete früher auch eine besondere Form des Aräometers (Flüssigkeitsdichtemeßgerät), das Gewichtsaräometer. Diese Bedeutung ist heute aber nicht mehr gebräuchlich. Hier wird das Gravimeter kurz als Messgerät für die Schwerebeschleunigung vorgestellt.
Welchen praktischen Nutzen haben Gravimeter?
- Aufspüren von Hohlräumen in Untergrund, z. B. eine Höhle, Tunnel oder Kaverne ↗
- In der Geologie das Aufspüren von einer Lagerstätte [z. B. Eisen, Nickel] ↗
- Messung der Eisdicke von einem Eisfeld oder Gletscher ↗
- Überwachung der Magmaaktivität von Vulkane[n] ↗
- Erkunden und Überwachen von Grundwasservorräten
- Beurteilung von Setzungsvorgängen (Bergschäden)
- Und so weiter
Wie genau muss ein Gravimeter messen?
Das Erdschwerefeld hat einen Ortsfaktor von etwa 9,81 m/s². Diese Wert nennt man kurz auch g. Die tatsächlichen Werte auf der Erdoberfläche variieren zwischen 9.78 m/s² und 9.83 m/s². Tägliche Schwankungen werden vor allem durch die Gezeitenkräfte (Ebbe und Flut) verursacht. Sie liegen in der Größenordnung von 10 hoch -7 g, also etwa 0,000001 m/s². Die Unterschiede wie sie für geophysikalische Zwecke betrachtet werden, liegen aber noch deutlich darunter, im Bereich von etwa einem Mikrogal (μGal), also etwa 10 hoch -8 m/s² oder 0,00000001 m/s².
Wie funktioniert ein Pendelgravimeter?
Ein Pendel, zum Beispiel ein Fadenpendel, schwingt umso schneller, je größer die Schwerkraft ist. Im Umkehrschluss kann man aus der Periodendauer (Dauer für eine Schwinung) auf die Schwerkraft zurückschließen. Pendelgravimeter wurden zum Beispiel vom Polarforscher Alfred Wegener eingesetzt, um die Eisdicke in Grönland zu messen. Mit Amateurmitteln lassen sich unter optimalen Bedingungen Messungen mit einer Genauigkeit von etwa 0,2 %, also etwa 2 Zehntel von 2 Tausendsteln, erreichen. Bei Untersuchungen in der Geophysik ergeben sich meist relevante Differenzen im Bereich eines Hunderttausendstels bis Einmillionstels, was sehr viel feiner ist. Lies mehr unter zur physikalischen Grundlage unter Pendelgravimeter ↗
Wie funktioniert ein Freifallgravimeter?
In einem luftleeren Raum lässt man ein kleines Objekt frei nach unten fallen. Über Reflektoren kann es Laserstrahlen ablenken. Mit Hilfe eines Michelson-Interferometers kann die Zeitdauer für eine bestimmte (sehr kurze) Fallstrecke recht genau bestimmt werden. Solche Messgeräte sind transportabel und werden auch bei Geländeuntersuchungen eingesetzt.
Welche anderen Messprinzipien gibt es?
Die Nähe von Masse beeinflusst den Ablauf von Zeit. Dieses Prinzip wurde von Albert Einstein in der Allgemeinen Relativitätstheorie ausgearbeitet. Wenn man die "Geschwindigkeit von Zeit" über Atomuhren bestimmen kann, lassen sich Rückschlüsse auf Masse in der Nähe ziehen.
Fußnoten
- [1] Ménoret, V., Vermeulen, P., Le Moigne, N. et al. Gravity measurements below 10⁻⁹ g with a transportable absolute quantum gravimeter. Sci Rep 8, 12300 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-30608-1
