Schweremessungen

Die Schwerebeschleunigung g beträgt 9,81 m/s² - so lernt man es in der Schule. Für den Schulunterricht reicht dieser Mittelwert, nicht aber für präzise technische Anwendungen. Die Schwere ist zum einen vom Ort abhängig, zum anderen kann sie sich auch zeitlich ändern. Beim Kalibrieren einer Präzisionswaage etwa muss der lokale Schwerewert berücksichtigt werden. Das gilt auch für Höhenbestimmungen bei Bauarbeiten – sonst wird der Deich zu niedrig oder die neue Brücke führt ins Nichts.

Bereits Ende des 18. Jahrhunderts wurden Schwerewerte mit Hilfe von Pendeln bestimmt. Am BKG setzen wir dafür heute moderne Laser- und sogar Quantentechnik ein. Wir liefern den nationalen Schwerestandard und betreiben dafür aufwändige Messeinrichtungen: Die gravimetrische Referenzstation auf dem Geodätischen Observatorium Wettzell, mehrere mobile Gravimeter und ein bundesweites Festpunktnetz, das Deutsche Schweregrundnetz.

Absolutgravimeter

Absolutgravimeter A10 (links) und FG5 (rechts)

Absolutgravimeter messen, wie der Name vermuten lässt, den absoluten Wert der Schwerebeschleunigung an einem Ort zu einer bestimmten Zeit.

Im Absolutgravimeter wird der freie Fall einer Testmasse mit hoher Genauigkeit aufgezeichnet. Um nicht-gravitative Störeinflüsse wie Luftwiderstand, Auftrieb etc. zu minimieren, bewegt sich die Testmasse in einer evakuierten Kammer.

Absolutgravimetermessungen vervollständigen die geodätischen Bezugssysteme durch den Aufbau eines absoluten gravimetrischen Standards in einem erdgebundenen Referenzsystem. Darüber hinaus ermöglichen sie den unabhängigen Nachweis vertikaler Verschiebungen oder Massenvariationen, die beispielweise durch tektonisch bedingte Bewegungen der Erdkruste, nacheiszeitliche Landhebungen oder Änderungen des Meeresniveaus verursacht werden.

Supraleitende Gravimeter

Supraleitendes Gravimeter SG-30

Durch supraleitende Gravimeter werden die zeitlichen Änderungen des Erdschwerefeldes erfasst.

Mit supraleitenden Gravimetern können auch die kleinsten Schwankungen registriert werden. Supraleitung ist erreicht, wenn ein Strom ohne elektrischen Widerstand fließt. Dazu sind Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt notwendig. Deshalb wird die Messung in einem Gefäß mit flüssigem Helium durchgeführt. Dort schwebt eine Hohlkugel in einem Magnetfeld. Änderungen der Schwerkraft werden durch kleinste Änderungen des Magnetfeldes kompensiert. Gemessen wird der elektrische Strom, der dafür notwendig ist.

Mit der Beobachtung der zeitlichen Schwerefeldvariationen werden folgende Ziele verfolgt:

• Variationen im Wasserhaushalt des Untergrundes
• Erfassung von Schwereänderungen als ein Bestandteil von Höhenänderungen
• Hochgenaue Erfassung der Gezeiten der festen Erde
• Erfassung von Schwereänderungen infolge der Polbewegung der Erde (Schwankungen der Erdrotation)
• Detektion von seismisch induzierten Eigenschwingungen der Erde
• Detektion der Eigenmoden des Erdkerns
• Untersuchung von Krustendeformationen durch ozeanische und atmosphärische Auflast

Die Daten sämtlicher supraleitender Gravimeter sind am "Information System and Data Center" verfügbar.