Gradiometrie

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Gradiometrie ist die Messung von Schweregradienten. Die Analyse solcher horizontaler oder vertikaler Gradienten wurde theoretisch schon vor etwa 80 Jahren entwickelt, doch Messinstrumente hoher Präzision können erst in den letzten Jahren gebaut werden.

Die ersten terrestrischen Messungen erfolgten in den 1920ern mit der von Roland Eötvös erdachten und konstruierten Drehwaage; ihr Hauptzweck war die geophysikalische Prospektion von Lagerstätten. Die Messungen mit solchen langsam schwingenden Probemassen sind äußerst schwierig durchzuführen und zeitaufwendig, weshalb man bald statt Gradienten die Schwerkraft selbst zu messen begann (siehe Gravimeter).

Die Gradienten des Schwerefeldes werden meist in der Einheit Eötvos angegeben (10E-9).

Vor etwa 25 Jahren begann man die Entwicklung neuer, kreisel-gestützter Messsysteme, um mit niedrig fliegenden künstlichen Erdsatelliten das Schwerefeld automatisch erfassen zu können. Wegen der technisch höchst anspruchsvollen Methodik war man allerdings erst Ende der 1990er erfolgreich.

Eines der wichtigsten dieser Projekte ist der Bau und späterer Betrieb des Satelliten GOCE (Gravity and Steady-State Ocean Circulation Explorer), der seit etwa 1995 in Kooperation der Raumfahrtbehörden ESA und NASA entwickelt wurde. Seine Gradiometer bestehen aus hochpräzisen Beschleunigungsmessern, die auf ultra-stabilen Strukturen und Auslegern montiert werden und ununterbrochen alle 9 Werte des Schwere-Tensors messen sollen. Damit erhofft man sich eine Bestimmung des globalen Geoids mit mindestens cm-Genauigkeit und einer Auflösung von etwa 100 km.

In Kombination mit anderen Messungen (v.a. GPS, Satelliten-Altimetrie und SST) sind auch wichtige Beiträge zur Ozeanografie und anderen Geowissenschaften zu erwarten. Fast wichtiger als die Daten zum Geoid werden dessen langsame zeitliche Änderungen sein, die mit GOCE erstmals erfassbar werden.