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ERDSCHWEREFELD
Von den Alpen zum Magdeburger Schwerehoch
Redaktion / idw / Pressemitteilung des Leibniz-Instituts für Angewandte Geophysik
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2. November 2010

9,81 Meter pro Sekunde-Quadrat - diese Zahl kennt wohl noch jeder aus dem Physikunterricht. Es handelt sich dabei um die Erdschwerebeschleunigung, deren Wert allerdings nicht überall gleich ist. Das Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik hat sie nun überall in Deutschland genau gemessen und so eine neue Karte der sogenannten Bouguer-Anomalien des Erdschwerefeldes erstellt. Sie wurde Mitte Oktober in Darmstadt vorgestellt.

Schwerekarte

Ein Kartenausschnitt aus der Schwerekarte der Bundesrepublik Deutschland. Zu sehen ist die Umgebung von Darmstadt.  Bild: idw / LIAG

Die Erdanziehung ist nicht überall gleich stark. Im Kartenbild werden daher Strukturen sichtbar, die für Laien einen ungewohnten, für Geowissenschaftler einen höchst spannenden Blick auf Deutschland freigeben. Die neue Karte wird für die geowissenschaftliche Grundlagenforschung benötigt, denn die dargestellten Schwere-Anomalien haben ihren Ursprung im Gestein der Erdkruste, so dass sie in enger Beziehung zu geologischen Strukturen stehen. Auch Energieversorger und Erzsucher haben an dieser besonderen Übersichtskarte Interesse.

Nicht zuletzt spielt die Schwere für amtliche Höhensysteme eine wichtige Rolle. Gesteine mit hoher Dichte, wie etwa Basalt, erhöhen die Schwere, Gesteine mit geringer Dichte, wie Steinsalz, verringern die Schwere. Als ungleicher Zwilling steht die neue Schwere-Karte jetzt eigenständig neben der im Frühjahr bereits erschienenen Karte des Erdmagnetfeldes. Das Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik (LIAG) stellt der Geowissenschaft damit ein zweiteiliges Kartenwerk zur Verfügung, das zur kombinierten Interpretation herausfordert und Fachleuten neue Einsichten in den tiefen Untergrund ermöglicht.

Die Schwere wird mit einem Gravimeter gemessen, einem für die heutige Zeit durchaus extravaganten Messgerät. Die Messung erfolgt nämlich mechanisch mit einer ultraempfindlichen Spiralfeder aus Quarz oder einer speziellen Metalllegierung, die über ein feinmechanisches Hebelsystem die Schwere auf acht Nachkommastellen genau registriert. Vorsichtiger als mit Mutters Porzellankiste hantieren die Messingenieure mit dem Sensibelchen, und obendrein muss es ständig warm gehalten werden, damit es richtig funktioniert. Dennoch ist es weit gereist in Deutschland und hat mindestens alle fünf, oft auch jeden Kilometer, eine Messung gemacht, bis die Karte komplett war.

In erster Näherung stimmt der Wert 9,81 m/s², tatsächlich ist er aber ortsabhängig. Er hängt von der Abweichung der Erdfigur von einer perfekten Kugel ab, weiterhin von der durch Erdrotation verursachten Fliehkraft und schließlich vom geologischen Aufbau der Erde. Global lässt sich eine Schwereabnahme vom Pol (9,83 m/s²) zum Äquator (9,78 m/s²) beobachten. Ein Mensch verliert demnach 0,5 Prozent an Gewicht, wenn er sich nicht an einem der Erdpole, sondern am Äquator wiegt.

Noch kleinere regionale Unregelmäßigkeiten werden durch die Massenverteilung im Untergrund verursacht, also durch den geologischen Aufbau der Erde. Der entscheidende Parameter ist hierbei die variierende Dichte der Gesteine. Dadurch bedingte Variationen im Erdschwerefeld weist diese neue Bouguer-Karte aus. Um diese Effekte sichtbar zu machen, wird von jedem Messwert ein theoretischer Wert abgezogen, der sich für eine homogen aufgebaute Modell-Erde mit konstanter Dichte ergeben würde. Die resultierende Differenz nennt man zu Ehren des französischen Astronomen Pierre Bouguer in der Fachwelt "Bouguer-Anomalie".

Traditionell werden Bouguer-Anomalien in der Einheit "Milli-Gal" (1 mGal = 0,00001 m/s2) angegeben. Die Karte stellt also Veränderungen in der 5. Nachkommastelle des bekannten Wertes 9,81 m/s2 dar. In Deutschland variiert die Schwere zwischen -140 mGal im Bereich der Alpen und +40 mGal im Bereich des Magdeburger Schwerehochs. Letzteres ist die größte in Mitteleuropa bekannte Anomalie. Weiter bildet die Karte sowohl lokale Strukturen, wie die Salzstöcke Norddeutschlands, als auch regionale Einheiten, wie etwa den Oberrheingraben, ab. Die geringe Schwere im Alpenvorland und in den Alpen ist typisch für viele Hochgebirge der Welt. Man vermutet daher, dass Hochgebirge eine "leichte Wurzel" haben.

Mit wissenschaftlicher Akribie und Ausdauer, wie sie für die Kompilation großer Kartenwerke notwendig ist, aber auch mit einer guten Portion Mathematik und Physik, ist es gelungen, viele einzelne Messkampagnen aus den letzten 80 Jahren zu einem Gesamtbild zusammenzufügen. Gemeinsam mit den Geophysikern des LIAG in Hannover haben auch Wissenschaftler der Geophysik GGD mbH aus Leipzig zum Entstehen der Karte entscheidend beigetragen. Die offizielle Bezeichnung der Karte lautet: "Schwerekarte der Bundesrepublik Deutschland 1:1.000.000, Bouguer-Anomalien".

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siehe auch
GRACE: Deutsch-amerikanische Mission wird fortgesetzt - 11. Juni 2010
GRACE: Auszeichnung für GRACE-Team - 12. Dezember 2007
GRACE: Dem Schwerefeld der Erde auf der Spur - 11. August 2003
GRACE: Tom und Jerry sind im All - 18. März 2002
GGRACE: Satellitenduo soll Schwerefeld messen -14. März 2002
Links im WWW
 Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik
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