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地球的重力场-地球的物理性质和圈层结构

时间:2010-10-03 15:59 来源:未知 作者:云中雪 责任编辑:地理教师
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2 地球的重力场

 

    2.1 地球上的重力

     

    地球上某处的重力 是该处所受到的地心引力与地球自转离心力的合力(图3-6a)。

     

 

    根据牛顿定律G=fM/r2,重力加速度与地球的质量成正比,而与半径的平方成反比。因此地表的重力随着纬度值的增大而增加。测量的结果也表明,在赤道海平面上的重力加速度为978.0318cm/s2,在两极地区的海平面上为983.2177cm/s2。后者比前者确实增加了0.53%。同理,地表的重力加速度还随着海拔高度的增大而减小,两者之间呈反比关系。海拔高程每升高1km,重力加速度就减少31cm/s2。而在地球内部,由于要同时考虑质量(密度)和半径两方面的变化,情况与地表相比不尽一致。一方面,深度增加使半径减小,使重力加速度增大;另一方面,随着深度增加,球内的质量也在减小(因为上部物质产生的附加引力向上),这导致重力加速度随之变小。因此在地球内部,重力究竟是变大或变小,取决于谁的影响占主导地位(图3-6b)。在地球的上部层位,由于地球物质的密度较小,引起的质量变化要小于半径变化造成的影响,故重力随着深度的增加而缓慢增大,到2891km即古登堡面附近达到极大值1068cm/s2;在越过2891km界面后,地球物质的密度变化造成的影响开始大于半径引起的变化,地球的重力也随之急剧减小;最后,根据球体公式V=4πr3/3和密度公式ρ=M/V,通过简单的数学变换,可以将由牛顿定律所求出的地心处重力表示为

    G=4πrρf/3 (3-3)

    从式中可以看出,因为地心处的半径r=0,所以尽管在地心处的物质密度增加到最大值,地心处的重力仍递变为零。

    进行重力研究时,将地球视作一个圆滑的均匀球体,以其大地水准面为基准,计算得出的重力值称作理论重力值。对均匀球体而言,地表的理论重力值应该只与地理纬度有关。但实际上,不仅地球的地面起伏甚大,内部的物质密度分布也极不均匀,在结构上还存在着显著差异,这些都使得实测的重力值与理论值之间有明显的偏离,在地学上称之为重力异常。对某地的实测重力值,通过高程及地形校正后,再减去理论重力值,差值称作重力异常值。如为正值,称正异常;如为负值,则称为负异常。前者反映该区地下的物质密度偏大,后者则说明该区地下物质密度偏小。地球物理勘探中的重力勘探方法,就是利用这一原理,通过发现各地的局部重力异常来进行找矿和勘查地下地质构造的。
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