A Föld nehézségi erőtere

A Föld mélyében, felszínén és légkörében zajló dinamikai folyamatok, az interplanetáris tömegvonzási hatások és a Föld forgásvektorának időbeli változása következtében a Föld-rendszer tömegeloszlása folyamatosan változik. A változásnak vannak szekuláris és periodikus összetevői, amelyek meghatározzák egy adott térbeli pontban a földi nehézségi gyorsulás és az erőtérrel összefüggő terhelési hatások (óceáni, atmoszférikus) pillanatnyi értékét, deformálják a Föld elméleti alakját (a geoidot), bolygónk belső szerkezetét és felszínét. Mindez visszahat a tömegeloszlásra, ami miatt, köszönhetően a Föld tömegeit alkotó anyagok rugalmas tulajdonságainak, a Föld-rendszer a folyamatos egyensúly-keresés állapotában van. Igyekszik olyan deformációkkal „válaszolni” az erőhatásokra, amelyek felemésztik ezen erőket. Ugyanakkor a deformációk is újabb erőhatásokat generálnak. Szerencsére a változások mértéke és gyorsasága általában messze az „észrevehetőség” határa alatt marad. Érzékeny műszerekkel azonban kimutathatók és ezáltal a Föld, mint objektum fizikai tulajdonságai tanulmányozhatók.

A legpontosabb mérések az erre a célra létesített obszervatóriumokban végezhetők olyan eszközökkel, amelyek az erőtér változásait (abszolút és relatív graviméterek), a kőzetek dilatációját (extenzométerek) és dőlését (dőlésmérők) regisztrálják, nano-nagyságrendben (10-9 m/s2, 10-9 m, 10-9 rad). Az obszervatóriumi mérések egy adott helyre vonatkozóan sok lokális hatást is rögzítenek. Ezért célszerű hálózatokat kialakítani, ha regionális vagy globális jelenségeket kívánunk tanulmányozni. Ebből a célból hozták létre az IUGG keretein belül az International Geodynamics and Earth Tide Service (IGETS) hálózatot, amely összefogja és koordinálja a nemzetközi kutatásokat. Az MTA CSFK GGI is részt vesz ebben a munkában. Több, mint 20 éve működteti a Pannon medence extenzométeres hálózatát, korszerűsítette LCR G949 graviméterét, alkalmassá téve azt folyamatos mérésekre és MTA támogatással projektet indított nagy érzékenységű dőlésmérők alkalmazására széles spektrumú geodinamikai jelenségek (a tektonikus változásoktól a szeizmikus eseményekig) megfigyelésére. 2018 októberétől NKFIH-OTKA támogatással, 3 ország (Ausztria, Finnország és Magyarország) kutatóinak összefogásával elindult egy magyar alapkutatási projekt, melynek keretében a Finnországban megépített interferometrikus hidrosztatikus dőlésmérő érzékenységét a nanoradián alatti tartományra kívánják kiterjeszteni annak érdekében, hogy akár 1 mm/1000 km nagyságú dőlésváltozásokat is nagy biztonsággal lehessen regisztrálni az eszközzel. A továbbfejlesztett műszer egy-egy példányát párhuzamosan fogják működtetni abban a két obszervatóriumban (Conrad Obszervatórium, Ausztria és a Sopronbánfalvi Geodinamikai Obszervatórium, Magyaroszág) amely a Mura-Mürz tektonikus törésvonal-rendszer két oldalán létesült, segítve ezzel az aktív törésvonal folyamatos szeizmo-tektonikai megfigyelését. Globális jellegű változások (pl. a föld alakjának változása) monitorozására egy a mediterrán térségtől a Lappföldig terjedő, interferometrikus dőlésmérőkből kialakított hálózat lenne alkalmas, mely földi mérésekkel támogathatná pl. a GRACE FO műholdas misszió méréseinek geofizikai interpretációját.

A mérések alapján pontosíthatók azok a globális modellek, amelyekből szintetizálhatók bizonyos erőtér paraméterek és deformációk. A nagy számítási igényű modellezések optimalizálást igényelnek és ezen a téren is folynak kutatások az MTA CSFK soproni intézetében.

Interferometrikus hidrosztatikus dőlésmérő (iwt-X), Lippmann-féle ingás dőlésmérő (lts-X, lts-Y) és szupravezető graviméter (SG) idősora a Conrad-obszervatóriumban (Ausztria)