표준중력

요약 지구가 기하학적인 회전타원체이며 지구 내부의 물질의 밀도분포가 수평방향(경도방향)으로 일정하다고 가정했을 때, 각 위도에서 이론적으로 계산한 중력값을 말한다.

지구가 밀도가 균일하고 완전한 구형이며 자전하지 않는다면, 지구표면에서의 중력은 어디에서나 같을 것이다. 그러나 지구는 밀도가 균일하지 않고, 완전한 구형체도 아니며 또한 자전하고 있기 때문에 지구표면에서의 중력은 위치에 따라 다르다. 해발고도 0m에서 이론적으로 계산한 중력을 표준중력이라고 한다.

지구타원체 상에서 지구의 밀도 분포가 수평적으로(경도 방향으로) 균일하다고 가정하면 중력은 위도만의 함수로 나타내어진다. 국제지구물리 및 측지학회(IUGG)에서 위도 φ인 곳의 표준 중력(g)을 다음과 같이 나타내기로 하였다(지구 편평도 1/298.247 기준).

1967년: g = 978.031846(1+0.005278895 sin²Φ - 0.000023462 sin²2Φ)cm/s²

1980년: g = 978.0328(1+0.00053024 sin²Φ - 0.00000587 sin²2Φ)cm/s²

세계의 중력 기준점은 독일의 포스담(Potsdam)으로 그곳에서의 절대 중력값은 981.274±0.003 ㎝/s²이다. 이론적으로 위도의 함수에 의해 계산된 표준중력은 다음과 같다.

[표]를 분석하면 적도에서 극까지 중력값은 약 978 ～ 983 gal 사이 값을 지닌다.

[표] 위도별 표준 중력 값(1gal =1㎝/s²) *1967년 표준 중력 기준

실제 지면은 표준 중력의 조건과 다르므로 어느 지역에서 절대 중력을 실제 측정하면 표준 중력 값과 달라진다. 이때 측정값과 위도만을 고려한 표준 값의 차를 중력이상(측정중력 - 표준중력)이라 한다.

중력이상은 +, - 값으로 나타나는데  중력이상이 (-)이면 지하 구성 물질은 지구 타원체상의 평균적인 구성 물질보다 밀도가 작은 물질로 구성되어 있다는 것을 의미한다. 반대로 중력이상이 (+)이면 지하 구성 물질은 평균적인 구성 물질보다 밀도가 큰 물질로 구성되어 있다는 것을 의미한다. 이렇게 중력이상을 조사하면 지하물질의 밀도분포를 추측할 수 있다.

지구표면에서 측정한 중력값은 지구 내부를 연구하는 데 매우 중요한 자료가 된다. 즉, 지구를 완전한 구형으로 가정했을 때 중력과 실제로 측정된 중력과의 차이는 지구의 형태를 연구하는 측지학 분야에서, 그리고 각종 암석의 분포나 지질구조에 따른 밀도차에 의하여 나타나는 중력의 차이는 지하 지질 상태의 연구에 매우 유용하다.

이와 같이 중력장 내에서 위치에 따른 중력의 작은 변화를 측정하고, 이를 해석하여 지하 지질구조나 지하 자원을 탐사하는 것을 중력 탐사라 한다. 중력탐사는 석유와 가스의 예비 탐사, 탄전, 암염돔(salt dome) 및 철광석과 같이 주변 암석과의 밀도차가 큰 대상체, 그리고 대규모의 지하 구조의 탐사에 많이 이용된다.