The investigation of the fine structure of the gravity field
Keywords in Hungarian
Eötvös inga, nehézségi gyorsulás, gradiometria, graviméter
Keywords in English
Eötvös torsion balance, gravity, gravimeter
Discipline
Geodesy (Council of Complex Environmental Sciences)
100 %
Geodesy (Council of Complex Environmental Sciences)
0 %
Panel
Earth sciences 2
Department or equivalent
Földfizikai Főosztály (Geological and Geophysical Institute of Hungary)
Participants
Földváry, Lóránt Kloska, Károly Merényi, László Tóth, Gyula Völgyesi, Lajos
Starting date
2006-02-01
Closing date
2010-07-31
Funding (in million HUF)
14.300
FTE (full time equivalent)
0.91
state
closed project
Summary in Hungarian
A nehézségi erőtér „finom-szerkezetének” ismerete tudományos és gyakorlati alkalmazások szempontjából is rendkívül fontos (földalak pontosítása, földalatti hatók helyzetének pontosítása, GPS alkalmazások, stb.). A földi gravitációs mérésekkel történő pontosítás egyik akadálya a hiányos felmértség (óceánok, Afrika, stb.), másik a nehézségi erő (g) helyfüggő vertikális gradiensének (VG) ismeretlen volta. A nehézségi erőtér szerkezetének további finomítására hazánkban lehetőséget nyújt a világviszonylatban is páratlan mennyiségű Eötvös-inga mérési eredmény, amelyek segítségével – megfelelő matematikai apparátussal – előállítható a mérési pontokban a VG értéke. Célunk tényleges mérésekkel (VG és Eötvös-inga mérések) igazolni a korábban már kidolgozott elmélet gyakorlati használhatóságát. A geodinamikai folyamatok és emberi tevékenység következtében a földi nehézségi erőtér változik, amit szintén figyelembe kell venni. Az utóbbi évek gradiometriai vizsgálatai alapján az elfedett hatók méretei e módszerrel részletesebben kimutathatók, mint graviméteres mérésekkel. E felismerés is az egyik indítéka a GOCE műhold 2006–ban tervezett felbocsátásának, amelynek kifejezett célja a gravitációs gradiensek folyamatos mérése. Részben a műholdas mérések kalibrálhatóságához, részben a nehézségi erőtér időbeli változásának tanulmányozásához abszolút módszerrel végzett ismétlő „g” méréseket tervezünk korábban már egyszer/többször mért pontokon.
Summary
The investigation of the „fine structure” of the gravity field has many important scientific and practical aspects (the determination of the correct figure of the Earth, the improvement of the delineation of subsurface anomalies, GPS applications, etc). The obstacles of world wide detailed investigation are the gravitationally large unexplored parts of the world (oceans, Africa etc.) and the unknown character of the actual vertical gradient of gravity. In this respect Hungary is in special position becaus it has a uniquely dense torsion-balance coverage, which makes it possible to calculate the actual value of vertical gradient. Our goal is to verify the results of this calculations by vertical gradient and torsion-balance measurements. Due to the importance of gradient determinations a new satellite (GOCE) is planned to take into orbit in 2006 to measure the gravity gradients. The detection of long term variation or distorsion of the gravity field due to geodinamic processes and man-made activities (mining, hydrocarbon and water exploitation etc.) is a long-standing problem of gravity research. To prove the existence of long-time and low amplitude variations repeated high precision gravity measurements are needed. Our country has already established good base points and initial for suh investigations and we are planning the time to time reobservation of these stations to detect recognizable tendencies.
Final report
Results in Hungarian
A pályázati munkák célja kompatibilitás vizsgálat a graviméteres– és Eötvös ingás mérési eredmények között és a nehézségi erőtér hosszúidejű változásainak tanulmányozása. Az első feladathoz egyidejű tesztméréseket végeztünk a kétféle módszerrel: az Eötvös inga mérési eredmények alapján számítható nehézségi gyorsulás különbségek (Δg) síkvidéki területeken egyszerű függvénnyel jól összhangba hozhatók a graviméteres mérések eredményeivel (méretarány különbség kiküszöbölése). Kimutattuk, hogy graviméteres mérésekkel – gazdaságosan – nem határozhatók meg kellő pontossággal a horizontális gradiensek. Graviméterekkel végzett vertikális gradiens mérésekkel (VG) pedig (amely méréseket a teszthálózaton kívül szerte az országban is végeztünk) azt mutattuk ki, hogy a VG változása még igen kis távolságokban sem tekinthető lineárisnak, és a mért értékek akár 25%-kal is eltérhetnek a számításokhoz általában használt normálértékhez képest. Ez azt jelenti, hogy nagypontosságú Δg méréseknél szükséges a mérendő pontok helyi VG értékének ismerete is. A nehézségi erőtér hosszúidejű változásainak vizsgálatára abszolút graviméterrel végeztünk nehézségi gyorsulás meghatározásokat. 11 állomás ismételt mérési eredményei alapján megállapítottuk, hogy hazánkban a „g” feltételezett hosszúidejű változása regionálisan nem nagyobb 1-2 µGal/év értéknél.
Results in English
The main goals of the project are to make a compatibility test between the gravimetric and the Eötvös balance results, as well as the examination of long-term variaions of the gravity field. For the first task, test measurements were carried out by the two methods with the following result: the gravitational acceleration fifferences (Δg) computed from Eötvös balance measurements can be made consistent well with the results of the gravimetric measurements in flatland areas (eliminaion of the scale value difference). We proved that the horizontal gradients can not be determined with adequate accuracy by gravimetric measurements. Based on the gravimetric vertical gradient measurements we also established that the variation of the vertial gradient can not be considered linear even in samall range and the measured values can be different from the normal value generally used in the computations, with up to 25%. This means that the precise value of the local vertical gradient is required fr high precision Δg measurement. For the abalysis of the long-term variations of the gravity field some absolute gravimetric measurements were carried out. Based on the repeated results of 11 stations we established that the hypothetical long-term variation of "g" is less than 1-2 µGal/year in Hungary.
Völgyesi L, Tóth Gy, Csapó G.: Determination of gravity field from horizontal gradients of gravity., Acta Geod. et Geoph. Hungary, 2006
Földváry L, Völgyesi L, Csapó G.: Az MGH-50 és az MGH-2000 országos gravimetriai alaphálózatok közötti transzformációs függvény meghatározása céljából a felület illesztés módszerével végzett vizsgálatok, Geomatikai Közlemények X. pp. 177-186., 2007
Csapó G.: A nehézségi erőtér szerkezetének finomítása és regionális időbeli változásainak tanulmányozása gravitációs módszerrel, Magyar geofizika, 2007. évi különszám (megjelenés alatt), 2007
Völgyesi L, Csapó G, Szabó Z, Tóth Gy.: A nehézségi erőtér időbeli változása a talajvízszint ingadozásának hatására, Geomatikai Közlemények, X., pp.: 159-16, 2007
Csapó G, Égető Cs, Földváry L, Kloska K, Laky S, Merényi L, Tóth Gy.:: Eötvös-ingás és graviméteres mérések a Csepel-szigeten 2007-2008-ban, Geomatikai Szeminárium, 2008
Csapó G, Tóth Gy, Laky S, Völgyesi L.:: Kísérleti mérések Eötvös-ingával és graviméterekkel - az Eötvös-inga mérések eredményeinek geodéziai célú hasznosításának vizsgálata céljából., Geomatikai Közlemények, 2008
Csapó G, Laky S, Tóth Gy, Völgyesi L.:: Experiences of new Eötvös torsion balance observations and reliability tests., Periodica Polytechnika (sajtó alatt), 2008
Földváry L, Völgyesi L, Csapó G.:: Az MGH-50 és az MGH-2000 országos gravimetriai hálózatok közötti transzformációs függvény meghatározása, Geomatika Továbbképző Szeminárium, Sopron, 2006
Völgyesi L, Csapó G, Szabó Z, Tóth Gy.:: A nehézségi erőtér időbeli változása Magyarországon., Geomatika Továbbképző Szeminárium, Sopron, 2006
Tóth Gy.:: New Combined Geoid Solution HGTUB for Hungary. in: Observing our Changing Earth. Ser.: Assoc. of Geod. Symposia, Vol1,133, Springer, 2009
Völgyesi L; Csapó G; Laky S; Tóth Gy; Ultmann Z: Közel fél évszázados szünet után ismét Eötvös-inga mérések Magyarországon, Geodézia és Kartográfia, Vol.61, Nr.11, pp.: 3-12., 2009
Csapó G; Laky S; Égető Cs; Ultmann Z; Tóth Gy; Völgyesi L: Test measurements by Eötvös torsion balance and gravimeters, Periodica Polytechnica Civil Engneering, Vol.53, Nr.2, pp.: 75-80, 2009
