Primera campaña de observaciones con el gravímetro absoluto A10#006 de la Red Gravimétrica Absoluta de Primer Orden en España.
First observation campaign with absolute gravimeter A10#006 of First Order Gravity Network in Spain.
Enrique Rodríguez Pujol (1) , Eduardo Núñez Maderal(1), María del Carmen Fernández Villalta(1)
(1) Instituto Geográfico Nacional. General Ibáñez Ibero 3, 28003 MADRID.
Summary
During the week from 14th to 18th July 2003, a first absolute campaign in Alicante, Albacete and Murcia provinces of Spain was carried out. Not only absolute but also vertical gradient measurements were also executed at every station for datum reduction on the floor, because absolute gravimeters such as A10 (accuracy of 0.1 µms-2) have the nominal observation point around 0.70 meters above ground level. This stations belong to the First Order gravity network, which will hopefully be completed in order to densify the Zero order Network, and to help High Precision Levelling Network observations (REDNAP Project). Observation method and preliminary results are presented in this paper.
Introducción
Dentro del proyecto REGA del Instituto Geográfico Nacional, cada año se realizan diversas campañas de observación con dos gravímetros absolutos; el FG5#211 para observar las estaciones de Orden Cero y el A10#006 para las estaciones de Primer Orden, que servirán además de apoyo a la observación de la REDNAP.
El equipo A10#006 es un gravímetro de absolutas de alta precisión y exactitud (10 µGal, 1 uGal = 10-8 m × s-2), transportable, preparado para trabajar en campo, que mide la aceleración vertical de la gravedad (g). El concepto de su funcionamiento es sencillo. Una masa test realiza una caída libre vertical de 7 cm dentro de una cámara donde se ha hecho el vacío, la gravedad es calculada directamente de la trayectoria de esta masa test. Utiliza un interferómetro en línea proporcionando una alta estabilidad en las medidas. El A10 emplea un sistema de referencia inercial denominado SuperSpring que aísla las medidas de las vibraciones de alta frecuencia del suelo. La utilización de un estándar en longitud como es el láser ML-1 (Micro-g Solutions Inc.) de HeNe estabilizado en frecuencia por polarización (precisión en frecuencia absoluta de 2 partes en 109 , 2-4 µGal) y en tiempo, un reloj atómico (incertidumbre de 5 partes en 1011), hace que los resultados obtenidos alcancen precisiones con una incertidumbre instrumental individual de una medida de 10 µGal (Micro-g Solutions, 2002).
Es un equipo portátil de campo que cuenta con un sistema de termostatización que le permite trabajar en un amplio rango de temperaturas (± 30º C) y un sistema automático de nivelación para facilitar su puesta en estación. El equipo funciona con corriente continua de 12 V y está permanentemente conectado a una batería auxiliar del vehículo, lo que le permite estar siempre estabilizado en temperatura y preparado para medir.
Campaña de observación
La semana del 14 al 18 de Julio de 2003 se realizaron medidas de gravedad absoluta con el A10#006 en varios puntos de las provincias de Alicante, Albacete y Murcia. Estas medidas se acompañaron de líneas de gravedad relativa tomando como referencia en cada caso la estación IGN-A de Madrid y de medidas de gradiente vertical de la gravedad en cada estación, utilizando para ello un Lacoste&Romberg modelo G con feedback analógico.
La elección de los puntos REGA se apoya en clavos de la REDNAP y en pilares de la Red de Acelerógrafos del IGN. En el primer caso, los puntos están materializados por clavos que se encuentran al aire libre y en el segundo caso son espacios interiores (casetas en recintos cerrados o en edificios públicos) que cuentan con un pilar en donde están instalados los acelerógrafos.
El procedimiento de observación en cada punto es medir primero con el Lacoste&Romberg en el punto REGA elegido, instalar después el A10, tomar las medidas adecuadas para obtener un valor estadísticamente fiable (6 sets de 200 caídas por set), instalar el Lacoste&Romberg en la vertical a una altura de unos 70 cm (para lo cual se aprovecha el propio A10 y una basada que se coloca encima de él) y para finalizar, ser retira el A10 del punto medido y colocamos de nuevo el Lacoste&Romberg para cerrar la medida de gradiente vertical de la gravedad.
Para calcular la gravedad relativa respecto de IGN-A, se mide el primer y último día de la campaña en esta estación.
Como ya se viene haciendo con los puntos de Orden Cero, en aquellas estaciones donde el acceso no es directo (Ej: sótano de la Universidad Popular de Jumilla), se ha medido con gravedad relativa una estación excentro próxima a la propia estación REGA.
Cálculo
Para el cálculo de gravedad absoluta se ha utilizado el software "g", de Micro-g Solutions, Inc.. El equipo fue programado para realizar 6 series de 200 caídas cada una, para obtener un resultado estadísticamente consistente.
El valor de la aceleración de la gravedad aj, observado en el tiempo Tj, es corregido para obtener la gravedad gj en cada caída de la siguiente forma:
donde los dos primeros términos dgMT y dgCO, son las correcciones debidas a marea terrestre y carga oceánica cuyo efecto se corrige empleando el programa ETGTAB (L. Timmen y H.G. Wenzel, 1994) en el cual hemos aplicado el modelo de potencial de Tamura de 1987 y un delta factor y una corrección por el efecto de carga de marea oceánica obtenidos del modelo CRS3.0. El siguiente término dgMP corrige del movimiento del polo utilizando para esto las coordenadas diarias x, y del polo publicadas por el IERS (International Earth Rotation Service). Para el término dgATM se aplica la corrección de -0.3 mGal/mbar para variaciones de presión sobre un modelo de presión estándar en función de la altura del lugar. El último término, dgDATUM es la reducción a un datum común de altura, utilizando para ello el gradiente vertical observado en cada punto.
Las lecturas relativas observadas han sido corregidas por Marea Terrestre, movimiento del polo, presión atmosférica y por deriva estática y dinámica, para obtener las diferencias de gravedad respecto de la estación IGN-A y el gradiente vertical en cada punto.
Resultados
Tabla 1. Resultados preliminares de las estaciones absolutas. Campaña Alicante, Julio 2003. IGN-E.
En la tabla 1 se muestran los resultados obtenidos en esta primera campaña: el punto de origen para las medidas relativas, el punto observado, el gradiente vertical en µGal/m, la diferencia de gravedad con respecto al origen IGN-A y el valor observado de gravedad absoluta a la altura efectiva del equipo A10#006, en µGal. Estas medidas se acompañan de sus incertidumbres instrumentales en las medidas realizadas.
Las cinco últimas columnas se incluyen como análisis de los resultados para comparar las medidas absolutas con el valor obtenido de gravedad a partir de las medidas relativas y el valor absoluto en la estación IGN-A. El caso 1 presenta los resultados de gravedad absoluta reducidos a la altura estimada a la que se encuentra el sensor del Lacoste&Romberg. El caso 2 presenta estos mismos resultados pero utilizando un valor de gradiente aire libre de -308 µGal/m y el caso 3 presenta los valores de gravedad obtenidos del valor absoluto en IGN-A junto con las diferencias de gravedad obtenidas. En primer lugar se comparan los resultados del caso 1 con el 3 (absolutas con relativas) comprobando que las discrepancias están dentro de las desviaciones esperadas (conociendo que la incertidumbre teórica en la medida absoluta es de 10 µGal). En segundo lugar se compara el caso 2 con el 3, obteniendo unas discrepancias mayores al utilizar un gradiente aire libre, hecho que confirma la necesidad de realizar medidas adicionales de gradiente cuando las exactitudes requeridas son máximas.
En ocasiones se observó que el instrumento al comienzo de las medidas tenía mucho ruido que provenía de una posible mala caída libre por alguna fricción interna. A pesar de esto, las medidas tomadas con el A10 antes y después de la campaña de campo tienen una diferencia inferior a 1 µGal, por lo que el origen de las discrepancias encontradas es difícil de fijar.
Comentarios
Con esta primera campaña se ha comenzado a establecer el procedimiento de trabajo para el modus operandi en estaciones de primer orden con el gravímetro A10. La media de puntos observados por día es de dos, siendo el tiempo de trabajo aproximado por estación de unas tres horas, teniendo en cuenta que el espacio aproximado entre estaciones puede ser de unos 50 km.
Actualmente el equipo se encuentra en revisión y actualización de algunos componentes. En el último trabajo realizado con el A10 y en presencia del personal de Micro-g Solutions (Intecomparación en Luxemburgo, Proyecto GRAVILUX, Noviembre 2003), apareció un desplazamiento en las medidas de unos 120 µGal por lo que ahora se encuentra en reparación. Este desplazamiento puede ser el resultado de un mal funcionamiento de la caída libre y el origen de las diferencias encontradas en esta campaña entre estas medidas absolutas y las medidas relativas realizadas.
Referencias
- International Gravity Commission - Working Group II " World Gravity Standards " (Chairman Gerd Boedecker), Bull. Inf. Bur. Grav. Int., 1988, 63, 51-57.
- Micro-g Solutions, Preliminary Manual. A-10 Portable Gravimeter. Octubre 2002
- Niebauer T.M. et al (1995): A new generation of absolute gravimeters. Metrologia, 1995, 32, 159-180.
- Niebauer T.M. (1989): The effective measurement height of Free-Fall absolute gravimeters. Metrologia, 1989, 26, 115-118.
- Timmen L., H.G. Wenzel: World wide synthetic parameters available on Internet. Bur. Grav. Int., 75, Diciembre 1994.