This article describes the establishment of an alpine gravimetric calibration baseline in Poland's Tatra Mountains and the development of a methodology for performing static gravimeter calibration on that baseline. This baseline was established in response to the recent rise in geodynamic research in mountainous areas and the related need to calibrate the gravimetric scale used in such gravimeter research to a high degree of accuracy. The fact that the environmental conditions of such an alpine gravimetric calibration baseline differ considerably from those observed in flat terrains made it necessary to study the impact which rapid changes in atmospheric pressure and environmental temperature may exert on the performance of gravimeters used in such survey. It was also important to study how the method by which the instruments were transported (by automobile, cable car, or on foot) affected their performance. The project led to the establishment of an alpine gravimetric calibration baseline and yielded a set of recommendations for how to proceed with scaling the gravimeters at such a baseline.
PL
Przedstawione prace związane są z założeniem górskiej grawimetrycznej bazy kalibracyjnej w Tatrach oraz opracowaniem metodyki przeprowadzania na niej kalibracji grawimetrów statycznych. Założenie takiej bazy wynika z nasilenia w ostatnich czasach badań geodynamicznych w górach i związaną z tym potrzebą ujednolicenia na wysokim poziomie dokładności skali grawimetrycznej, używanych do tych badań grawimetrów. Z uwagi na znaczące różnice warunków środowiskowych na bazie górskiej w porównaniu z tymi, jakie obserwuje się na bazach zakładanych w terenach płaskich, niezbędne było przeprowadzenie badań wpływu szybkich zmian ciśnienia atmosferycznego i temperatury otoczenia na pracę grawimetrów, które są używane w pracach pomiarowych. Niemniej ważne było zbadanie wpływu wykorzystywanego środka transportu (samochód, kolej linowa, ręczny transport instrumentów) na pracę instrumentów rodzaju. W wyniku przeprowadzonych prac utworzona została górska grawimetryczna baza kalibracyjna oraz podano zalecenia jak należy postępować przy skalowaniu grawimetrów na tej bazie.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The international project MagNetE (Magnetic Net For Europe) was undertaken in 2003. The project has been accepted by the International Association of Geomagnetism and Aeronomy of the IUGG. The common research on the geomagnetic field space and time distribution in Europe, as well as collecting data and its analysis, constitutes the grounds for theoretical works on geomagnetic field models and their parameters. It is also the basis for studying the genesis of the geomagnetic field secular variations and its mechanism. The results of the project enable to increase the accuracy of models on the global, regional, and also on local scale. It has a vital meaning for the regions where the geomagnetic data are not available or, where the existing data, because of their low accuracy, cannot be used. Information about the secular variations of the geomagnetic field makes it possible to update the magnetic data, which is needed in navigation, topography, telecommunication, geology and geophysics and other domains. The enclosed maps of isopors presented have been compiled using the results of measuring campaigns in the years 2004-2006 together with the archive data. They show the secular variations of the magnetic declination D, the length H of the horizontal intensity vector and the lenght F of the total intensity vector of the geomagnetic field, in the intervals 1995-2000 and 2000-2005. The maps of isopors for Europe have been worked out using data from not only the magnetic observatories, but also from some hundred magnetic secular variation stations (repeated stations), located in 23 European countries. The secular variation differences between data obtained from terrestrial surveys and data from the IGRF model (International Geomagnetic Reference Field) have been presented in the form of maps and histograms. In several regions of Europe the unexpectedly large secular variation anomalies are visible. Anomalies of so high frequency and large amplitude cannot exist. They are probably caused by data errors, which may have different sources. Their existence cannot be explained by now. Therefore the MagNetE project should be continued.
PL
W 2003 roku został podjęty we współpracy międzynarodowej projekt badawczy o nazwie MagNetE (Magnetic Net for Europe). Celem projektu, który ma poparcie Międzynarodowej Asocjacji Geomagnetyzmu i Aeronomii, jest prowadzenie wspólnych badań nad czasowo-przestrzennym rozkładem pola geomagnetycznego w Europie. Gromadzony w wyniku kampanii pomiarowych materiał obserwacyjny, jak również dane archiwalne, poddawane są sukcesywnie kompleksowej analizie, która stanowi podstawę do rozważań teoretycznych nad modelem pola geomagnetycznego i jego parametrów oraz nad przyczynami i mechanizmem zmian wiekowych tego pola. Projekt MagNetE umożliwi podniesienie dokładności opracowywanych modeli w skali globalnej, regionalnej, a także lokalnej, co ma istotne znaczenie w rejonach gdzie występuje brak naziemnych danych dotyczących pola geomagnetycznego lub gdzie istniejące dane z uwagi na ich niską dokładność są mało przydatne. Poznanie zmian wiekowych ziemskiego pola magnetycznego umożliwi także dokładniejszą aktualizację danych, dotyczących pola geomagnetycznego, które mają zastosowanie w nawigacji, topografii, telekomunikacji, geologii, geofizyce, a także w innych dziedzinach. Zmiany wiekowe ziemskiego pola magnetycznego zostały przedstawione w postaci map izopor trzech niezależnych elementów pola geomagnetycznego - deklinacji D, modułu F wektora całkowitego natężenia pola oraz modułu H jego składowej poziomej. Mapy izopor zostały opracowane dla dwóch interwałów czasowych 1995-2000 oraz 2000-2005. Podstawę opracowania stanowiły dane z pomiarów przeprowadzonych na punktach wiekowych w ramach kampanii pomiarowych wykonanych w latach 2004-2006. Wykorzystane zostały także wartości rejestracji z europejskich obserwatoriów magnetycznych oraz zapisy archiwalne. Wszystkie te wartości zostały zgromadzone w utworzonym w ramach projektu banku danych magnetycznych. Wykonane w ramach projektu badawczego mapy izopor ww. elementów pola geomagnetycznego są pierwszym przedstawieniem zmian wiekowych magnetycznego pola Ziemi, do którego zostały wykorzystane nie tylko dane z obserwatoriów magnetycznych, ale także dane z pomiarów na kilkuset magnetycznych punktach wiekowych, zlokalizowanych w 23 krajach europejskich. Opracowanie zawiera także analizę zmian wiekowych na tle zmian obliczonych wg modelu IGRF (International Geomagnetic Reference Field). Wyniki analizy są zilustrowane na rysunkach przedstawiających mapy rozbieżności pomiędzy wynikami pomiarów w obserwatoriach magnetycznych i na punktach wiekowych a danymi dla tych samych punktów, obliczonymi według modelu IGRF. Dla każdego elementu pola i dla obu interwałów opracowano także histogramy rozbieżności. Opracowane mapy ujawniają rejony, które mają charakter anomalny. Jednakże anomalie zmian wiekowych pola geomagnetycznego o tak zmiennej lokalizacji i amplitudzie nie mogą być wywołane przyczynami naturalnymi, czyli nie powinny mieć miejsca. Ich przyczyną są prawdopodobnie błędne dane, często ze zbyt dużej ilości niezbyt starannie dobranych punktów pomiarowych. Niezbędne jest więc kontynuowanie projektu MagNetE, przeprowadzanie kolejnych kampanii pomiarowych a następnie dokonywanie sukcesywnie analizy otrzymywanych wyników.
Do opracowania mapy deklinacji magnetycznej kraju potrzebne są również dane z przygranicznych regionów w krajach sąsiednich, zwłaszcza w przypadku regionów o dużych anomaliach magnetycznych. Sytuacja taka ma miejsce w północno-wschodnich regionach Polski, gdzie z braku danych z zagranicy przebieg izogon wyznaczono drogą ekstrapolacji, co obniżyło dokładność mapy deklinacji w pobliżu granicy. Do rozwiązania problemu dokładności wykorzystano znalezione w archiwach polskich i litewskich wyniki pomiarów magnetycznych z lat trzydziestych i czterdziestych. Opracowana metoda wyznaczenia zmian wiekowych w okresie 1941–2000 umożliwiła przeliczenie znalezionych danych na epokę 2000. Podjęcie wspólnych polsko-litewsko-białoruskich badań zmian wiekowych i wykonanie w latach 1997–2001 pomiarów magnetycznych na punktach wiekowych, założonych w ramach tej współpracy, umożliwiło dokonanie weryfikacji zastosowanej metody. Otrzymane po przeliczeniu dane posłużyły do opracowania aktualnej mapy deklinacji magnetycznej dla przygranicznych regionów północno-wschodniej Polski, Okręgu Kaliningradzkiego, Litwy, Białorusi i zachodniej Ukrainy.
EN
Elaboration of the magnetic charts for the country demands some data at the points located outside of the country border. It concerns all magnetic components, declination including. Otherwise, one must determine the isogons running to the line of border, using extrapolation. If the magnetic field distribution is complicated, it leads to errors. In case of the northern and eastern Polish areas, the errors in declination may reach even several degrees. Usually the data from abroad may be obtained by exchange with the neighbouring countries. The necessary declination data from Germany, Czechs and Slovakia have been obtained by exchange. At the North, the magnetic survey on the Baltic Sea has been performed in the period 1970–1990 within the frame of the Polish-Russian co-operation. But, unfortunately, it was impossible to obtain the data from the western regions of the former Soviet Union. Luckily, the old magnetic data, covering also the former Polish territories, which presently belong to Russia (Kaliningrad Region), Lithuania, Belarus and Western Ukraine, have been found in the archive. There were catalogues of declination and maps of declination worked out in the period of 1935–1941 by Polish and Lithuanian specialists, and German catalogues as well as maps of the magnetic deviation, worked out for the epoch 1941.5 by the Wermacht Topographic Service. The magnetic observatories to the East of Poland are far apart each from another, therefore there were some problems to determine the changes of declination, which had taken place since 1941. The lack of magnetic repeat stations on these territories has made additional difficulties. To solve the task, at first the data from magnetic observatories, published by Golovkov until 1980, have been used. The declination data for the next period 1980–2000 have been obtained from the observatories Surlari, Panaguriste, Hurbanovo, Pleshchenice and Lvov as well as from Golovkov, who still collects the observatory data. The results of observations at the Polish repeat stations at the East: Ogrodniki, Bełżec and Cisna, have also been used to control the data from Lvov. The period 1941–2000 has been divided into three 20-year intervals and the changes for each interval have been determined separately. At the end, all changes have been added up and applied to reduce the archival data to the epoch 2000.5. In 1996, the co-operation with Lithuanian and Belarussian specialists begun. It resulted in common research of magnetic secular variations on our territories. Eleven magnetic repeat stations in Belarus and six stations in Luthuania have been established within the framework of this co-operation. The measurements at the stations have been performed twice. Received results have been also used to control the archival data reduced to the epoch 2000. The work shows that magnetic repeat stations are indispensable to analyse the time and space distribution of secular variations, especially in the regions where the magnetic observatories are sparsely located.
Magnetyczne pole Ziemi zostało aproksymowane wypadkowym polem zespołu kilkunastu dipoli, które zidentyfikowano metodą iteracyjną, w okresie 1900-2000, w którym przeprowadzono badania. Dla każdego dipola wyznaczono sześć opisujących go parametrów w interwałach co 5 lat. Dynamika zmian poszczególnych parametrów została przedstawiona w postaci krzywych wygładzonych, które aproksymują wartości parametrów dla całego stuletniego okresu. Prognozowane wartości parametrów na okres 2000-2015 zostały wyznaczone metodą liniowej predykcji. Na ich podstawie obliczono także prognozę pola geomagnetycznego w Europie na epokę 2000, która została zweryfikowana na podstawie danych rzeczywistych z obserwatoriów magnetycznych.
Zbudowane w IGiK dwa polowe grawimetry balistyczne TBG-95 i TBG-96 zostały poddane badaniom w celu określenia wpływu autosejsmów i tła sejsmicznego oraz resztek molekuł powietrza w komorze balistycznej na wyniki pomiarów. Na podstawie rezultatów badań, zaproponowano rozwiązania znacząco zwiększające dokładność pomiarów grawimetrem TBG.
EN
Two field ballistic gravimeters were constructed at the Institute of Geodesy and Cartography in 1995 and 1996; they were given names TBG-95 and TBG-96 (Terrestrial Ballistic Gravimeter). Authors presented in the article description of gravimeter and principle of its work. They also discussed the results of research works, aimed at preparation of a method for decreasing the disturbing impact of autoseismic vibrations and seismic background, as well as influence of residual air particles in vacuum ballistic chamber on results of measurements, conducted in the field. The succeeding experiments were described; their results were presented graphically and analysed. It enabled to propose some solutions and procedures, leading to partial elimination of the above mentioned disturbances and to improvement of accuracy of measurements with TBG grayimeter.
Założona w latach 1994–1999 nowa podstawowa osnowa grawimetryczna kraju oparta została na 12 punktach absolutnych. Pomiary na tych punktach zostały wykonane pięcioma grawimetrami balistycznymi. Wyniki powtórnych pomiarów, wykonanych na kilku punktach różnymi grawimetrami, wykazały różnice dochodzące do 30 mikrogali. Zaszła zatem konieczność przeprowadzenia weryfikacji tych pomiarów. W tym celu wykonano pomiary względne zespołem czterech grawimetrów Lacoste & Romberg na 25 przęsłach łączących 12 punktów absolutnych. Przeprowadzona analiza umożliwiła zaakceptowanie pomiarów wykonanych tylko trzema grawimetrami – FG 5-101, FG 5-107 i JILAg 5, których wskazania nie różniły się więcej niż 3 mikrogale. Grawimetry te uznano za reprezentujące międzynarodowy standard grawimetryczny i ich wskazania przyjęto jako wzorzec dla polskiej grawimetrycznej osnowy podstawowej.
EN
New basic gravimetric network in Poland was established between 1994 and 1999. It is based on 12 points, so-called absolute points; the measurements on these points were done with five ballistic gravimeters: FG 5-101, FG 5-107, JILAg 5, IMGC and ZZG. Absolute points were selected, according to recommendations of the International Gravimetric Commission, on the lowest floors of such buildings, as observatories, museums, schools, churches, etc. It gives a chance, that the absolute point will survive for at least several decades. The paper includes the detailed descriptions of all absolute points. The measurements were performed by German, American, Finnish, Italian and Polish teams. As results of measurements, done with the use of various gravimeters, differed on a few points even by 30 microgals, it was necessary to make their verification. The direct connecting measurements between absolute points were performed with the use of four LaCoste & Romberg gravimeters. The measurements were done on 25 so-called long spans (160– 300 km). Results of absolute determinations and results of relative connections were jointly analysed. This analysis enabled to eliminate those gravimeters, which do not fulfil the assumed criteria of reliability – IMGC and ZZG. The remaining gravimeters: FG 5-101, FG 5-107 and JILAg 5, which did not differ in readouts more than 3 microgals, were found to be representatives of the international gravimetric standard. Their readouts were assumed as the standard for Polish gravimetric basic network. The results of relative measurements on 685 spans of network were adjusted to 12 absolute points and to 3 points on the territory of Germany. Finally set of values of gravity acceleration for 354 points of network was obtained. This network is homogeneous, as far as gravimetric level and gravimetric scale is concerned; it also fulfils accuracy and construction requirements.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Praca zawiera opis sieci magnetycznych punktów wiekowych założonej przez polsko-białoruski zespół specjalistów. Sieć liczy 11 punktów. Na 7 z nich zostały już wykonane pierwsze pomiary deklinacji i inklinacji magnetycznej oraz pomiary modułu wektora indukcji magnetycznej. Ponadto Obserwatorium Magnetyczne Pleszczenice zostało dowiązane do obserwatoriów europejskich w wyniku przeprowadzenia odpowiednich pomiarów porównawczych.
EN
In 1997, eleven magnetic secular variation (SV) stations on the Belarussian territory were established. These stations, together with the Magnetic Observatory Pleshchenice, create the Belarussian SV network. In 1996, the Magnetic Observatory Pleshchenice was connected with European observatories Belsk (Poland) and Niemegk (Germany) by means of comparison measurements, performed using proton magnetometer and magnetometer Flux D/I.. In summer 1997, at seven SV stations the first set of 3 day observations were made using the same magnetometers. The rest (4) stations in 1998 will be observed. Both, Belarussian SV network and the Polish one which consists of 19 stations and 2 observatories - Belsk and Hel, will be used for research o f the magnetic secular variations on the territories of both countries. The main attention will be paid on the Northern-part o f the Prccambrian Platform. It is planed also to include the Lithuanian SV network into common research.
Atlas, opracowany w formie cyfrowej na podstawie pomiarów elementów pola geomagnetycznego na Bałtyku w latach 1970 1990, zawiera mapy deklinacji magnetycznej D i inklinacji magnetycznej 1, wektora indukcji magnetycznej F i jego składowych poziomej H i pionowej Z oraz mapy anomalii wektora indukcji Fa i anomalii składowej poziomej Ha. Ponadto, do atlasu dołączone zostały mapy izopor D, F i H oraz mapy pola normalnego Fn i Hn. Niniejsze opracowanie, stanowiące opis atlasu, zawiera rys historyczny badań magnetycznych na Bałtyku, szczegóły dotyczące ekspedycji pomiarowych na niemagnetycznym statku badawczym „Zaria", sposobu wykonywania pomiarów i ich opracowania oraz szczegóły dotyczące analizy dokładności i opracowania kartograficznego. W opracowaniu jest także pokazany przykład zastosowania opracowanych map do wyznaczenia głębokości zalegania fundamentu krystalicznego.
EN
Results of measurements of geomagnetic field for Baltic sea, collected between 1970 and 1990 with the use of non-magnetic research ship „Zaria", were stored at the computer database. These data were re-calculated to epoch 1995.5, considering time changes of geomagnetic field. Total length of profiles, where continuous magnetic measurements were conducted, was over 55 000 km. Average distance between particular profiles was 4,5 km. The following mean errors resulted from calculations of measurement data were obtained: for F and H - 25-35 nT: for D - 0,2o-0,3o. Data stored in database were applied for calculating values of elements of geomagnetic field for nodes of 1x1 km grid. On the basis of this grid the Atlas of Maps of Geomagnetic Field for Baltic Sea was prepared in digital form. Cartographic presentation of D, I , F, Z, H, Fa and Ha was done at a scalę of 1:5 000 000. Maps of D and Fa were also prepared at a scalę of 1:1 500 000. The Atlas also includes maps of secular changes of D, F, and H, maps of normal field Fa and Ha and map of measurement routes of the research ship. Results of determination of depth of crystallite bedrock on the Baltic area were also presented in the article as an example of application of the prepared maps.
On the basis of Magsat satellite data processing for the region of Poland and adjacent area, magnetic anomaly maps have been prepared. A series of magnetic anomalies confirming magnetic heterogeneity of this territory is extracted. The T-T zone, representing the major break in tectonic structure of this region, is isolated eyen with satellite altitudes. A model of the magnetic anomaly field using spherical cap harmonic analysis has been produced. The anomaly satellite fields for Poland were compared with other ground geophysical parameters: tectonic structure, heat flow, Moho depth, gravity. Such a comparison allows us to draw the conclusion that the magnetization to N-E from the T-T zone is higher than that in SW part of Poland.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The IGIK joined in 70 the USSR team IZMIRAN in magnetic survey of the Baltic Sea area. For data registering was used nonmagnetic schooner "Zaria". Components of magnetic field were was registered continuous along profile lines, covering in 1990 the whole Baltic area. Analog data were converted into digital form and often processing have been used for completion of Digital Magnetic Atlas of Baltic. In 7 separate maps were presented vector and angle elements of geomagnetic field, based on a grid of 220 000 measured data points. Maps provide basic material for geological and geophysical interpretations, and will be also used for correction and updating magnetic data (mainly D type) on navigation map of Baltic Sea.
PL
Od lat 70-tych IGiK włączył się do prac prowadzonych przez IZMIRAN w Petersburgu dotyczących pomiarów magnetycznych na Bałtyku. Pomiary prowadzono na szkunerze niemagnetycznym "Zaria" metodą profilową. Objęły one obszar całego Bałtyku i trwały do 1990 roku. Uzyskane wyniki po zmianie na postać cyfrową posłużyły jako materiał wyjściowy do wykonania atlasu numerycznych map magnetycznych Bałtyku. Na 7 mapach zaprezentowano elementy wektorowe i kątowe pola geomagnetycznego na podstawie około 220 000 punktów. Mapy te będą materiałem wyjściowym do interpretacji geologiczno-geofizycznych oraz do korygowania i zaktualizowania danych magnetycznych (głównie D) na nawigacyjnych mapach Bałtyku.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Zmiany czasowe siły ciężkości są wywołane kilkoma zjawiskami: zmianami stałej grawitacji i obrotu Ziemi, ziemskimi i oceanicznymi przypływami a także przemieszczeniami mas skalnych. Zmiany pola magnetycznego Ziemi składają się ze zmian krótko- i długo-okresowych. Te ostatnie mogą być związane (przynajmnie po części) z procesami geologicznymi zachodzącymi w skorupie ziemskiej. Dla obserwacji zmian czasowych zastosowano nowoczesną aparaturę pomiarową oraz specjalną dokładną metodykę pomiarów. Przedstawiono wyniki trzech serii pomiarów wykonanych w prawie rocznych odstępach. Maksymalne zmiany wydają się być związane z nieciągłością grawimetryczną Czersk-Kock (wgłębnym rozłamem w skorupie) i zjawiskami geodynamicznymi tego obszaru.
Przedstawiono opis osnowy oraz szczegóły dotyczące prac pomiarowych na punktach osnowy, które były wykonane w latach 1994-1997.
EN
Basic gravimetric network of Poland was established in sixties, so now it does not fulfil the modern needs of geodesy, especially considering more common recent use of satellite measuring techniques. In 1977 the general project of modernisation of the network was prepared in the Institute of Geodesy and Cartography and approved by the Head Office of Geodesy and Cartography. All new points of the modernised gravimetric network were stabilised by concrete poles between 1978 and 1987, but the measurements were possible only in 1992, when the newest La Coste & Romberg gravimeters were purchased by the Institute of Geodesy and Cartography. Project of gravimetric network, verified by experts from the Geodesy Committee, Polish Academy of Sciences, was approved again by the Department of Surveyor General of Poland in 1993. New gravimetric network comprises fundamental point, located in the Observatory of the Institute of Geodesy and Cartography in Borowa Gora, which was already used several times to measure absolute acceleration of gravity, 16 absolute points (9 of which were already measured), 351 stabilised terrain points and two meridian’s calibration base lines, based on 6 absolute points. The Institute of Geodesy and Cartography started to measure the new network in 1994 and the measuring works were completed finally in 1997. Values of differences in acceleration of gravity Ag were calculated using scales of gravimeters determined on the basis of national gravimetric network, and next were re-calculated in 1997 to the system defined by absolute points. The whole network consists of 674 spans, where 722 measurements of differences in acceleration of gravity [delta]g were performed. It must be emphasised, that 62% of errors of Ag values measured on network spans does not exceed 0.010 mGal, while criterion of correctness is 0.020 mGal.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW