Gravimetria Grotta Gigante.cdr

Gravimetria
La gravimetria è la branca della geofisica che si occupa dello studio e
della misura del campo gravitazionale. Tale misura può essere volta
anche a determinare indirettamente le caratteristiche della materia
che a tale campo ha dato origine, e quindi, ad esempio, a determinare
la distribuzione delle masse al di sotto della superficie planetaria, o le
anomalie di quota di quest'ultima.
Gravimetry
Gravimetry is the measurement of the strength of a gravitational field.
Gravimetry may be used when either the magnitude of gravitational
field or the properties of matter responsible for its creation are of
interest.
Units of measurement
Gravity is usually measured in units of acceleration. In the SI system of
units, the standard unit of acceleration is 1 metre per second squared
(abbreviated as m/s2). Other units include the gal (sometimes known
as a galileo, in either case with symbol Gal), which equals 1 centimetre
per second squared.
Unità di misura
Il campo gravitazionale è misurato in unità di accelerazione. L'unità di
misura dell'accelerazione, nel sistema internazionale è il metro al
secondo quadrato, abbreviato come m/s2.
L'unità di misura corrispondente nel sistema cgs è il gal, o galileo
(simbolo: Gal), pari ad un centimetro al secondo quadrato.
Metodi di misura
Un generico strumento in grado di misurare l'accelerazione
gravitazionale è detto gravimetro. Poiché la relatività generale afferma
che l'accelerazione gravitazionale è indistinguibile da una qualunque
altra accelerazione, il gravimetro può essere considerato un particolare
tipo di accelerometro.
Ad esempio, una bilancia a molla può essere considerata un gravimetro
se la massa che vi si colloca è nota a priori e si utilizza la misura di peso
fornita per risalire all'accelerazione gravitazionale locale.
Per misure più precise, quali quelle richieste per individuare variazioni
di densità nelle rocce che formano la crosta terrestre (la cui precisione
è dell'ordine dei microgal), sono necessari gravimetri più sofisticati. Ne
esistono di vario tipo, tra cui alcuni che sono sostanzialmente delle
versioni più raffinate della bilancia a molla descritta in precedenza.
Posizione delle misure gravimetriche
Position of gravimetric measurements
Storia del gravimetro
Il gravimetro moderno fu inventato da Lucien LaCoste e da Arnold
Romberg nel 1936. I due in seguito lo perfezionarono, lavorando anche alla realizzazione di modelli di
gravimetro utilizzabili a bordo di navi, modelli resistenti al calore (da impiegarsi per esempio in
trivellazioni profonde) e modelli leggeri, portatili. L'impianto del loro progetto rimane in uso ancora oggi,
con migliorie nell'acquisizione e nell'analisi dei dati.
Applicazioni
Le misure gravimetriche di precisione sono oggi largamente utilizzate, in geofisica, per misurare
l'anomalia gravitazionale.
Nella prospezione gravimetrica vengono misurate le variazioni delle componenti verticali della gravità che
ci sono tra diversi punti del terreno. Questo genere di indagine del suolo trova applicazione:
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Nella ricerca di cavità sotterranee
Nella valutazione dello spessore degli acquiferi
Nelle ricerche minerarie
Nelle ricerche geologiche - geodinamiche su grande e grandissima scala (nell'ordine delle migliaia di
chilometri)
L'anomalia di Bouguer
Il metodo gravimetrico si basa sulla misura dei valori dell'accelerazione di gravità in punti distribuiti sulla
superficie terrestre. I valori di gravità misurati in campagna (goss), risentendo degli effetti della quota e
della topografia non possono essere confrontati direttamente tra loro.
Questi valori vengono confrontati con quelli teorici (gteor), calcolati secondo formule standardizzate,
opportunamente corretti (CF, correzione di Faye, CB, correzione di Bouguer, CT, correzione topografica);
la loro differenza (ggeol) viene definita come anomalia di gravità o di Bouguer al punto di misura e
rispecchia le variazioni di densità laterali all'interno della Terra.
ggeol = goss - (gteor + CF + CB + CT)
Dove:
gteor: gravità teorica o normale; la gravità teorica è quindi la gravità che si misurerebbe in un
determinato punto della superficie di un ellissoide di riferimento.
CF: Correzione di Faye o in aria libera; calcola l'effetto della distanza verticale tra la stazione di misura e la
superficie equipotenziale di riferimento (geoide) senza tener conto delle masse interposte.
CB: Correzione di Bouguer; calcola l'effetto delle masse interposte tra la quota della superficie di
riferimento (geoide) e quella di misura.
CT: Correzione topografica; tiene conto delle irregolarità topografiche attorno al punto di misura.
La riduzione di Bouguer presuppone che la superficie topografica sia piana: se questa condizione non è
soddisfatta bisognerà tener conto sia degli avallamenti come pure delle colline o montagne sporgenti ed
aventi una quota superiore alla quota della stazione.
Le misure gravimetriche sono
state effettuate con un
m i c r o g r a v i m e t r o
Lacoste&Romberg mod.D45.
Sono state realizzate circa 200
stazioni. Per il calcolo delle
a n o m a l i e g ra v i m e t r i c h e
secondo Bouguer a densità di
D=2.4 g/cm3 è stato utilizzato
u n mo de l l o t o p o g ra f i c o
derivato dai dati laser scan di
proprietà di OGS.
Anomalie + sovrapposizione
della planimetria della grotta
Anomalies + superimposition
onto planimetric map of the
cave
How gravity is measured
An instrument used to measure gravity is known as a gravimeter, or
gravitometer. Since general relativity regards the effects of gravity as
indistinguishable from the effects of acceleration, gravimeters may be
regarded as special purpose accelerometers. Many weighing scales
may be regarded as simple gravimeters. In one common form, a spring
is used to counteract the force of gravity pulling on an object. The
change in length of the spring may be calibrated to the force required to
balance the gravitational pull. The resulting measurement may be
made in units of force (such as the newton), but is more commonly
made in units of gals.
More sophisticated gravimeters are used when precise measurements
are needed. When measuring the Earth's gravitational field,
measurements are made to the precision of microgals to find density
variations in the rocks making up the Earth. Several types of
gravimeters exist for making these measurements, including some
that are essentially refined versions of the spring scale described
above. These measurements are used to define gravity anomalies.
History of gravimeter
The modern gravimeter was developed by Lucien LaCoste and Arnold Romberg in 1936. They also invented
most subsequent refinements, including the ship-mounted gravimeter, in 1965, temperature-resistant
instruments for deep boreholes, and lightweight hand-carried instruments. Most of their designs remain in
use with refinements in data collection and data processing.
Applications
The precision gravity measurements are now widely used in geophysics to measure the gravitational
anomaly. In the gravity surveys, are measured the variations of the vertical components of gravity that exist
between different points of the ground. This kind of soil survey is used:
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−
In search of underground cavities
In assessing the thickness of the aquifer
In prospecting
In geological research - geodynamic large and very large scale (several thousand km)
Bouguer Anomalie
The gravimetric methodology consists in measuring gravity acceleration in points distributed over the Earth
surface. Values measured in situ (goss) are affected by height and topographic effects, so they can't be
directly compared. They can be compared only to theoretical values (gteor) calculated by the use of
standardized formulas and corrected by CF (Faye correction), CB (Bouguer correction) or CT (topography
correction). Their difference (ggeol) is defined as gravity (or Bouguer) anomaly at the measuring point; it is
referred to the lateral density variations inside the Earth.
ggeol = goss - (gteor + CF + CB + CT)
Where:
gteor: theoretical or normal gravity; the theoretical gravity is the value that could be measured in a point of
a reference ellipsoid.
CF: Faye correction or free air correction; it calculates the effects of the vertical distance between the
measurements station and the reference equipotential surface (geoid), without taking care of the
interposed masses.
CB: Bouguer correction; it calculates the effects of the masses interposed between the geoidic height (on
the reference surface) and the measured height.
CT: topographic correction; it is referred to the topographic anomalies around the measuring point.
The Bouguer correction implies that the topographic surface is flat; if this condition doesn't occur, it is
mandatory to consider valleys, hills and mountains higher that the station height.
Gravimetric measurements were
carried out by means of a
Lacoste&Romberg microgravimeter
(mod. D45). Approx. 200 stations were
carried out. In order to calculate the
Bouguer anomalies at a density of 2.4
g/cm3, a topographic model derived
from OGS's laser scan data was used.
Ortofoto + Anomalie + sovrapposizione
della planimetria della grotta (gialllo:
1990, magenta: 2011)
Ortophoto + Anomalies +
superimposition onto planimetric map
of the cave (yellow: 1990, magenta:
2011)