Bağıl gravimetri, noktalar arası gravite farklarının ölçülmesi olarak tanımlanabilir. Maupertuis, Bouguer, Condamine, Cassini gibi bilim insanları tarafından 18’inci yüzyılda sarkaç aparatları ile başlayan bağıl gravimetri, jeodezi biliminin sacayaklarından biri olan yer gravite alanının ölçülmesi ve modellenmesinde 300 yıla yakın bir zamandır kullanılan bir yöntemdir. Günümüzde bağıl gravimetri çalışmaları, yaylı bağıl gravimetreler ile μGal mertebesinde yüksek doğruluk ve duyarlıkla gerçekleştirilmektedir.
Ülkemizde bağıl gravimetri çalışmaları farklı amaçlara yönelik olarak değişik kurum ve kuruluşlar tarafından yapılmaktadır. Harita Genel Müdürlüğünce kara alanlarında gravite alanı ölçmelerinde Scintrex CG-5 ve CG-6 gravimetreleri kullanılmaktadır. Ölçme çalışmalarında nokta yeri seçiminden, konumlamaya, ölçü yönteminden veri işlem aşamasına kadar uluslararası standartlar uygulanmaktadır.
Özel durumlar hariç, ölçü noktalarının yaklaşık konumları arazi çalışmaları öncesinde topoğrafik haritalar ve yüksek çözünürlüklü görüntüler üzerinden belirlenmektedir. Gravite gözlemlerinin mikro-sismisiteden etkilenmemesi için yer seçiminde noktaların su havzaları, ana yol, demir yolu, maden sahaları ve bataklık alanlardan uzak olmasına özen gösterilmektedir. Noktaların kesin yerleri arazide keşif çalışması ile belirlenmekte, yaklaşık 10 mm çapında demir çubukla yere işaretlenmektedir. Tesis edilen noktaların uzun süre kalıcılığının sağlanması ve tahrip olmaması için yerleşim yerleri içerisinde cami, okul, kamu binaları ve anıtsal yapılar, yerleşim yerleri dışında ise araçla ulaşımın mümkün olduğu sabit yerli kayalar nokta yeri olarak seçilmektedir.
Yer gravite alanı ölçmelerinde konum doğruluğu, en az gravimetrik ölçümlerin doğruluğu kadar önemlidir. Konum belirlemede kullanılan koordinat referans çerçevesi Yer merkezli ve global olmalıdır. Çünkü teorik olarak bütün tanımlar ve modeller yerin tamamı için ve yer merkezli bir koordinat sistemine göre yapılmaktadır. Ülkemizde yersel gravimetri sıklaştırma noktalarının 3 boyutlu koordinatları uydu konumlama yöntemleri ile TUREF referans çerçevesinde ve 2005.0 epoğunda, yatay koordinatları birkaç cm, elipsoit yüksekliği ise 1 dm’den daha iyi duyarlıkta belirlenmektedir.
Bağıl gravimetrelerin günlük sürüklenme (drift) değerlerini belirleyebilmek amacıyla, A-B-C-D-E-C-B-A ölçü sıralamasına sahip profil yöntemi uygulanmaktadır. Gravimetreler, noktalar arasında standart taşıma çantaları içerisinde ve arazi araçlarıyla taşınmakta, ölçü sırasında rüzgâr ve direkt güneş ışınlarından korumak için rüzgâr koruyucu veya şemsiye kullanılmaktadır. Gravimetreler nokta üzerinde yerleştirildiğinde pusula yardımıyla kuzeye yönlendirilmekte, düzeçleme sonrasında iç sıcaklığın ve sensörün durağan hale gelmesi için en az 10 dakika bekletilmektedir. 6 Hz örneklem aralıklı gözlemlerin ortalamasından oluşan 60 saniye süreli en az 5 okuma gerçekleştirilmektedir. Son 5 okuma arasında 5 μGal’den daha az bir değişim olması ve okumalarda yukarı/aşağı yönlü bir eğilim görülmemesi durumunda ölçüm tamamlanmaktadır. Düzeçleme kaymaları 5 yay saniyesinden ve standart sapması 0.3 mGal’den yüksek okumalar değerlendirme dışında bırakılmaktadır. Her bir gravite okuması sonrası atmosferik basınç ve sıcaklık değerleri kaydedilmektedir. Ölçümler sırasında gravimetreye özgü iç düzeltmeler (gelgit düzeltmesi vb.) ve filtreler (sürekli düzeç eğimi düzeltmesi, sismik filtre vb.) aktif hale getirilmektedir.
Ham bağıl gravimetri okumaları; katı yer ve okyanus gelgitleri, atmosferik kütle hareketleri, kutup gezinmesi, yeraltı suyu ve toprak nemi değişimleri ve aletsel sürüklenme gibi ham ölçülere düzeltme olarak getirilmesi gereken çeşitli çevresel ve aletsel sistematik etkileri içermektedir. Scintrex CG-5 ve CG-6 gravimetreleri, gravite okumalarına gerçek zamanlı olarak yer gelgiti, uzun dönemli sürüklenme, düzeç sapması ve sıcaklık düzeltmesi uygulayabilmektedir. Ancak, gravimetre işlemcisi tarafından hesaplanan bu düzeltmeler basit birinci-derece modellere dayalı olduğundan yaklaşık sonuçlar sağlar. Ayrıca gravimetreler basınç, kutup gezinmesi ve okyanus yüklemesi gibi toplamda 10-20 μGal’e erişebilen düzeltmeleri ise gerçek zamanlı olarak uygulayamaz. Veri ön-işlem aşamasında Scintrex gravimetrelerinin gerçek-zamanlı düzeltmeleri gravite okumalarından çıkarılır ve bunların yerine daha doğru/tam düzeltmeler hesaplanarak gravite okumalarına eklenir.
Bağıl gravimetri çalışmaları için kullanılan profil yönteminde ölçü bir noktadan başlayıp tekrar aynı nokta üzerinde tamamlandığından, günlük kapanma hatası hesaplanarak, düzeltmelerin doğru uygulanıp uygulanmadığı, okumalarda kaba hata olup olmadığı kontrol edilmektedir. Bağıl gravimetri okuma farkları ölçü olarak alınarak ağırlıklı ve zorlamalı en küçük kareler yöntemi ile dengelenmektedir. Dengeleme sonrası global varyans testi ve kaba hatalı ölçülerin belirlenmesi için standart testler uygulanmaktadır.
Kaynaklar:
1. Torge, W. (1989). Gravimetry. Walter de Gruyter, Berlin.
2. Simav M., Akpınar İ., Akdoğan Y.A., Yıldız H. (2021) Türkiye’de Güncel Yersel Gravimetri Çalışmaları, Harita Dergisi, 166, 10-24.
3. Simav M., Yıldız H. (2019) Evaluation of EGM2008 and latest GOCE-based satellite only global gravity field models using densified gravity network: a case study in south-western Turkey, Bollettino di Geofisica Teorica ed Applicata, 60(1): 49-68, https://doi.org/10.4430/bgta0255