有一种东西，既看不见也摸不到，但却真实地存在着，它就是重力。
重力是什么?这个问题困扰了人类上千年，直到17世纪，伟大的物理学家牛顿阐明了万有引力定律，才真正揭开了重力的奥秘。万有引力定律是指任何物体之间都有相互吸引力，这个力的大小与各个物体的质量成正比，而与它们之间的距离的平方成反比。重力就是地球对其附近物体的万有引力，它的方向竖直向下，指向地心。科学家研究发现，地球重力随位置发生变化，地球两极的重力值最大，向赤道逐渐减小。相比力学中的其他基本力，如磁力、电场力而言，重力的变化较为微弱，人体无法感受到，只能通过精密的仪器进行测量。
我们为什么要研究地球重力?首先，地球的质量分布不均匀且形状不规则，造成了不同位置地球重力的差异。如果地球是一个均匀且光滑的球体，那么我们很容易就可以推算出任一点的重力大小。但事实并非如此，地球是一个中间凸出、两极下陷的“丑鸭梨”，根据万有引力定律，物体相对地球位置变化时，受到的重力作用有差异，这种差异反映着地球内部物质密度分布的变化，所以通过重力研究，我们可以获得地球内部信息。其次，地球重力时刻在发生着变化。卫星重力测量结果表明，地球重力大小并不是恒定的，每年的测量结果都有差异，这说明地球内部也在发生着相应的变化，通过重力研究可以帮助我们认识这种变化并寻找原因，从而探究地球内部究竟发生了什么。再次，地球重力是地球最基本的物理性质之一。地球重力作用于地球表面附近的所有物体，认识地球重力系统，可以使重力为人类所用。
地球重力指示着地球内部结构。地球重力大小反映地球内部物质密度分布，通过测量地球重力，我们可以分析出地球深部构造，计算出地球主要密度界面的深度，分析深大断裂与块体边界的位置。此外，通过地球重力而求出的重力异常对地球浅部构造与岩石层密度有着很好的反映，可以用来研究区域地质构造、划分构造单元。
地球重力可以帮助我们寻找石油、天然气等有远景的盆地。早在20世纪初，匈牙利科学家厄缶制造的测量重力变化率的扭秤就在捷克、德国、埃及和美国成功寻找到了盐丘等储油构造。利用一定规模下饱含油气的地层相对围岩地层的密度差异而引起的重力差异，可以圈定含油气盆地的范围、沉积层的厚度，划分盆地内部结构，并寻找有利于储存油气或煤的各种局部构造。
地球重力在海洋学与气候学领域也发挥了重要作用。通过卫星重力测量实时传输回的重力数据，可以追踪地球尺度下的水体的运移状况，这是因为水体本身在地球表面占有很大比重，质量很大，所以在水体运动过程中，地球表面质量分布发生改变，进而使地球重力场产生微弱变化。对这种变化的观测，还可以帮助我们认识两极冰川质量改变、地下水储量变化等气候学问题。
地球重力测量在极地研究过程中也给我们带来了很大帮助。两极地区地表覆盖着极厚的冰层，给我们认识冰下地质结构带来了巨大困难。测量冰层表面重力，可以通过冰层与冰下岩石的密度差计算冰层厚度，在极地海岸地区还可以反演冰下水深，获得冰下地形特征，识别冰下存在的湖泊等典型冰下地貌。
地球重力还可以应用于工程领域。高精度的重力测量工作可以帮助我们发现地下隐伏的断裂、溶洞与破碎带，检测滑坡体以及地面沉降，指导有关工程的实施。
实践证明，地球重力是研究地球的一把珍贵钥匙，将在人类今后探索地球的工作中发挥更强大的作用。□
(作者单位：自然资源部中国地质调查局航空物探遥感中心)
来源：中国矿业报社
作者：李筱 张婉
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