Szczególnie istotną rolę w monitoringu pola grawitacyjnego odgrywają punkty fundamentalnych osnów grawimetrycznych. Ich znaczenie w badaniach pola grawitacyjnego jest wynikiem ich liczebności, a także ich równomiernego zagęszczenia, w granicach poszczególnych krajów, a także regionów.
W Polsce warunki techniczne oraz metodyczne dla stanowisk tworzących osnowy grawimetryczne zostały sformalizowane w Rozporządzeniu Ministra Administracji i Cyfryzacji z dnia 14 lutego 2012 roku w sprawie osnów geodezyjnych, grawimetrycznych i magnetycznych (Dz.U. z dnia 30 marca 2012, poz. 352) oraz w Wytycznych technicznych G-1.6 – Przeglądy i konserwacje punktów geodezyjnych, grawimetrycznych i magnetycznych (GUGiK, Warszawa, 1986).
Wymagania wynikające z obowiązujących przepisów określają, że:
• punkty fundamentalnej osnowy grawimetrycznej są punktami, które przenoszą na obszar kraju europejski grawimetryczny układ odniesienia, określony przez jednolitą europejską sieć grawimetryczną, którego fizyczną realizacją na obszarze kraju są punkty absolutne, na których pomiary przyspieszenia siły ciężkości Ziemi zostały wykonane grawimetrami absolutnymi o najwyższych kryteriach dokładności, i które uczestniczyły co najmniej w dwóch międzynarodowych kampaniach porównawczych;
• punkty grawimetryczne podlegają przeglądowi, modernizacji i konserwacji nie rzadziej niż co 20 lat;
• punkty osnowy muszą być oznakowane znakiem geodezyjnym i zastabilizowane w sposób trwały, zapewniający ich przetrwanie w perspektywie wielu lat;
• każdy punkt musi mieć odpowiednią dokumentację (opis topograficzny) gwarantujący odnalezienie i identyfikację, a w razie potrzeby odtworzenie punktu;
• dokumentacja techniczna z zakładania, modernizacji i konserwacji punktu przekazywana jest do państwowego zasobu geodezyjnego i tam przechowywana;
• baza danych państwowego zasobu geodezyjnego zawiera ponadto dokumentację techniczną ze wszystkich pomiarów absolutnych i względnych, jakie były wykonywane na punkcie osnowy fundamentalnej;
• współrzędne punktów osnowy grawimetrycznej muszą być wyznaczone wg obowiązującego geodezyjnego europejskiego ziemskiego systemu odniesienia ETRS89;
• fundamentalną osnowę grawimetryczną tworzą punkty pomiarów absolutnych, o gęstości nie mniejszej niż 1 punkt na 15 000 km2;
• wartość przyspieszenia siły ciężkości na punktach wyznaczeń absolutnych określa się z błędem średnim nie większym niż 1,0 × 10-7 m/s2;
• punkty podstawowej fundamentalnej osnowy grawimetrycznej stabilizuje się blokiem betonowym o wymiarach: 0,80 × 0,80 × 1,20 m z centrem w postaci metalowego geodezyjnego znaku wysokościowego, przy czym:
o krawędzie bloku powinny być zorientowane zgodnie z kierunkami stron świata;
o górna powierzchnia powinna być pozioma i gładka i nie powinna znajdować się wyżej niż 0,05 m nad poziomem gruntu, natomiast stopa znaku powinna znajdować się poniżej strefy przemarzania gruntu;
• każdy punkt podstawowej osnowy grawimetrycznej powinien mieć współrzędne określone z dokładnością nie mniejszą niż 5 m i wysokość określoną z dokładnością nie mniejszą niż 0,05 m w nawiązaniu do najbliższych punktów podstawowej lub szczegółowej osnowy wysokościowej;
• pomiary przyspieszenia siły ciężkości na punktach fundamentalnej osnowy grawimetrycznej wykonuje się grawimetrami absolutnymi, które mają wyznaczone poprawki w trakcie kampanii porównawczych, przy czym:
o wykonuje się od 12 do 48 serii obserwacyjnych, robiąc pomiary co godzinę;
o pojedyncza seria obserwacyjna składa się z co najmniej stu spadków powtarzanych co 10 s;
o odchylenie standardowe obserwacji w pojedynczej serii nie powinno przekraczać 2 × 10-7 m/s2;
o obserwacje redukuje się, uwzględniając poprawki: pływową, pływową litosferyczną, barometryczną i ze względu na zmiany położenia bieguna ziemskiego.
W Polsce aktualnie pracują dwa grawimetry absolutne. Pierwszy (FG-5) stanowi własność Politechniki Warszawskiej, drugi (A10) jest własnością Instytutu Geodezji i Kartografii.
Grawimetr do pomiarów absolutnych siły ciężkości FG-5 (mat.: MicroG LaCoste)
Grawimetr A10 do pomiarów absolutnych siły ciężkości na stanowisku pomiarowym w obserwatorium w Borowej Górze (fot. MM, TC)
W prospekcji geologicznej oraz do rozwiązywania zagadnień geologiczno-inżynierskich wykorzystuje się grawimetry względne. Pozwalają one na pomiar przyrostu wartości natężenia siły ciężkości pomiędzy kolejnymi stanowiskami pomiarowymi. Za ich pomocą można określić absolutną wartość przyspieszenia siły ciężkości w dowolnym punkcie pomiarowym przez dowiązanie pomiaru do punktów o znanej, absolutnej wartości przyspieszenia siły ciężkości. Tą samą metodą można również wyznaczać wartości absolutne na punktach podstawowych sieci grawimetrycznych. Ogólnie w przeciwieństwie do grawimetrów tzw. „absolutnych” są to przyrządy o znacznie prostszej budowie, łatwe w obsłudze, przeznaczone przede wszystkim do wykonywania szybkich pomiarów w warunkach polowych.
Wśród grawimetrów względnych wyróżnia się tzw. grawimetr nadprzewodnikowy. Ten rodzaj grawimetru względnego do praktyki pomiarowej został wdrożony stosunkowo niedawno. Grawimetr nadprzewodnikowy charakteryzuje się najwyższą precyzją pomiaru, przewyższającą o trzy rzędy wielkości (ok. 1 nGal = 1 × 10–11 m/s2) najbardziej precyzyjny grawimetr balistyczny jakim jest FG-5. Obecnie na świecie wykorzystuje się ok. 35 grawimetrów nadprzewodnikowych.
Współczesne przyrządy do pomiarów przyspieszenia siły ciężkości cechują się wysokimi dokładnościami pomiaru oraz dobrą powtarzalnością. Dokładności przyrządów absolutnych (grawimetr FG-5) są na poziomie 1 – 2 µGal (1–2 × 10–8 m/s2). Standardowe, polowe grawimetry względne (np. SCINTREX CG-5) posiadają dokładność odczytu na poziomie 5 µGal (5 ×10–8 m/s2). Tak wysoka dokładność pomiaru narzuca wysokie wymagania co do konieczności precyzyjnego określenia położenia systemu pomiarowego grawimetru nad powierzchnią odniesienia. Mając na uwadze średnią wartość gradientu pionowego pola siły ciężkości równą 308,6 µGal/m oraz chcąc zapewnić powtarzalność pomiarów grawimetrycznych zbliżoną do dokładności odczytu, a także zapewnić możliwość wykorzystania wyników do monitoringu zmian natężenia siły ciężkości, rzędna stanowiska pomiarowego należy określić z precyzją milimetrową, a nawet submilimetrową.
