Análisis de variaciones temporales de gravedad registradas con un gravímetro superconductor en Argentina

El Observatorio Argentino-Alemán de Geodesia (AGGO) es un observatorio geodésico fundamental ubicado en las cercanías de la ciudad de La Plata, Argentina. AGGO cuenta con las principales técnicas geodésicas colocalizadas, GNSS, VLBI y SLR, complementadas con técnicas gravimétricas. El laboratorio de gravimetría está actualmente equipado con dos gravímetros: el gravímetro superconductor SG038, el cual registra en forma continua las variaciones del campo de gravedad desde diciembre del 2015; y el gravímetro absoluto FG5-227, que mide periódicamente desde enero del 2018. AGGO es la única estación en funcionamiento con estas características en América del Sur y el Caribe. Los gravímetros superconductores (SGs) son los gravímetros relativos de mayor sensibilidad y estabilidad, con la capacidad de detectar señales geofísicas y geodinámicas en un amplio rango espectral. Desde este punto de vista, una medición de gravedad debe ser considerada como una señal integradora, donde las componentes de menor amplitud pueden aislarse y estudiarse sólo mediante un cuidadoso procesamiento de las observaciones y modelado de los efectos de sus principales contribuciones. Esta Tesis tiene como objetivo analizar y comprender las principales variaciones de gravedad medidas por el SG038 en AGGO. En primer lugar, se analizaron los parámetros instrumentales del SG038 mediante la combinación de sus observaciones con mediciones de gravedad absoluta del FG5-227. Esta combinación también facilitó el establecimiento de la función de referencia de gravedad para AGGO, que posibilita la predicción de valores absolutos de gravedad basados en el SG038. Mediante esta función de referencia, junto con la disponibilidad de varios pilares para realizar comparaciones entre gravímetros absolutos, AGGO cuenta con los requerimientos para establecerse como una estación de referencia y comparación del Marco de Referencia Internacional de Gravedad (IGRF). A partir de un cuidadoso preprocesamiento de cinco años de las observaciones del SG, se obtuvo un modelo de mareas para AGGO que describe tanto los efectos de mareas terrestres como los de carga oceánica mareal. Este modelo permite eliminar de manera efectiva las componentes de marea de las mediciones de gravedad en la estación, lo que no es posible realizar en forma precisa con modelos teóricos. Los residuos de gravedad del análisis de mareas están dominados por efectos hidrológicos, superpuestos por señales que se relacionan con efectos de carga no-mareal del océano. Esto motivó el análisis de los efectos de la carga oceánica no-mareal y su relación con las correcciones atmosféricas, encontrando que los métodos actuales subestiman el efecto total. En consecuencia, en este trabajo se propone un nuevo método para combinar tales efectos, el cual tiene en cuenta todas las contribuciones de la atmósfera y los océanos. Este método mostró una reducción significativa de la variabilidad de los residuos de gravedad registrada con SGs en comparación con los métodos clásicos no sólo en AGGO, sino también en otras estaciones. Finalmente, los resultados de esta Tesis contribuyen a establecer a AGGO como la primera estación de referencia del IGRF a nivel regional y a comprender las variaciones de gravedad registradas por los SGs, lo que facilita futuros trabajos en esta y otras estaciones. La comprensión y eliminación de las principales componentes de las variaciones de gravedad observadas mediante un procesamiento detallado es imprescindible para investigar otros fenómenos de origen geofísico/geodinámico.Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísica

Red gravimétrica de primer orden de la República Argentina

La Gravimetría es la disciplina encargada de medir la aceleración de la gravedad sobre (o cerca) de la superficie de la Tierra, y estudiar el campo gravitatorio que ésta genera. Las Redes Gravimétricas son redes de puntos en los que se conoce el valor de la aceleración de la gravedad. Estas redes son útiles para la determinación de un geoide gravimétrico, la determinación de alturas físicas, la búsqueda de recursos naturales, entre otras. En el año 2012, el Instituto Geográfico Nacional (IGN), la Universidad Nacional de La Plata (UNLP), la Universidad Nacional de Rosario (UNR) y la Universidad Nacional de San Juan (UNSJ) iniciaron un proyecto conjunto con el propósito de materializar una nueva Red Gravimétrica de Primer Orden que permita actualizar y mejorar el Marco Gravimétrico Nacional. Esta nueva red cuenta con 227 puntos distribuidos homogéneamente en todo el territorio nacional y que coinciden, en su mayoría, con los Nodales de la Red de Nivelación de Alta Precisión. En este trabajo se presenta el control, procesamiento y ajuste de las mediciones gravimétricas realizadas entre los años 2012 y 2015. Las mismas fueron procesadas y ajustadas a la Red Argentina de Gravedad Absoluta (RAGA) utilizando los programas GRAVDATA (Drewes, 1978) y GRADJ (Andersen y Forsberg, 1996), respectivamente. El cálculo de la corrección de marea se llevó a cabo utilizando el modelo propuesto por Cartwright y Edden (1973), el cual aproxima el potencial de marea terrestre con un desarrollo en armónicos esféricos de 505 coeficientes. Los valores de gravedad finales surgen de un ajuste por mínimos cuadrados, considerando los valores de deriva y las precisiones de las lecturas. Como resultado de dicho ajuste se obtuvieron los valores de aceleración de gravedad para 227 puntos distribuidos en toda la República Argentina. Los desvíos estándar resultan, en todos los casos, menores a 0.040 mGal. Destacando la distribución de puntos y los resultados obtenidos, se concluyó que se ha logrado obtener una nueva red actualizada y considerablemente más homogénea que la antigua red de primer orden, BACARA, que contaba con un total de 86 puntos y desvíos estándar del orden de 0.085 mGal.Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísica

Gravimetría superconductora

Los métodos de medición de gravedad se puede dividir en dos tipos: absolutos o relativos (Torge, 1989). En el primer caso, ambas cantidades fundamentales de la aceleración (distancia y tiempo) son medidas con gravímetros absolutos. En el caso de los gravímetros relativos, el instrumento mide solo una de las cantidades fundamentales de aceleración: la distancia. Hoy en día, el principio más utilizado para realizar mediciones relativas es el sistema “masa-resorte”. Los gravímetros superconductores (SG⁶⁶, Figura 1) son, actualmente, los instrumentos relativos más sensibles, en los que el resorte mecánico se reemplaza por un “resorte virtual” (Neumeyer, 2010). Su principio de medición consiste en una esfera superconductora que flota en un campo magnético muy estable generado por dos bobinas superconductoras. La observación consiste en la corriente de compensación en una bobina de retroalimentación para mantener la esfera en una posición de referencia (equilibrio). Este principio proporciona a los instrumentos una alta sensibilidad de 0.01 nm/s² y estabilidad en el tiempo. Para garantizar propiedades superconductoras del sistema, el mismo se encuentra inmerso dentro de un baño de helio líquido a una temperatura de 4.7 K. Gracias a la alta sensibilidad y estabilidad de los SG, una gran variedad de fenómenos geofísicos pueden ser estudiados (Hinderer et al., 2007).Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísica

Gravity reference at the Argentinean–German Geodetic Observatory (AGGO) by co-location of superconducting and absolute gravity measurements

The Argentinean–German Geodetic Observatory (AGGO) is a fundamental geodetic observatory located close to the city of La Plata, Argentina. Two high-precision gravity meters are installed at AGGO: the superconducting gravimeter SG038, which is in operation since December 2015, and the absolute gravimeter FG5-227, which has provided absolute gravity measurements since January 2018. By co-location of gravity observations from both meters between January 2018 and March 2019, calibration factor and instrumental drift of the SG038 were determined. The calibration factor of the SG038 was estimated by different strategies: from tidal models, dedicated absolute gravity measurements over several days and a joint approach (including the determination of the instrumental drift) using all available absolute gravity data. The final calibration factor differs from the determination at the previous station, the transportable integrated geodetic observatory, in Concepcion, Chile, by only 0.7‰, which does not imply a significant change. From the combined approach also the mean absolute level of the SG was determined, allowing to predict absolute gravity values from the SG at any time based on a repeatability of 12nm/s2 for the FG5-227 at AGGO. Such a continuous gravity reference function provides the basis for a comparison site for absolute gravimeters in the frame of the international gravity reference frame for South America and the Caribbean. However, it requires the assessment of the total error budget of the FG5-227, including the link to the international comparisons, which will be subject of future efforts.Fil: Antokoletz, Ezequiel Darío. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Wziontek, Hartmut. Federal Agency for Cartography and Geodesy; AlemaniaFil: Tocho, Claudia. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas; ArgentinaFil: Falk, Reinhard. Federal Agency for Cartography and Geodesy; Alemani

A tidal model for the Argentinean-German Geodetic Observatory (AGGO) by using superconducting gravity observations of SG038

El Observatorio Argentino-Alemán de Geodesia (AGGO) es un observatorio fundamental de geodesia ubicado en las cercanías de la ciudad de La Plata, Argentina. AGGO cuenta con las principales técnicas geodésicas espaciales, GNSS, VLBI y SLR. Por otra parte, AGGO posee un Laboratorio de Gravimetría, donde el gravímetro superconductor (SG) SG038 realiza mediciones en forma continua de las variaciones de gravedad, desde diciembre del año 2015. Además, el gravímetro absoluto FG5-227 provee un valor de gravedad absoluto de referencia para AGGO y para Latinoamérica desde enero del año 2018. En este trabajo se presenta un modelo de mareas obtenido a partir del análisis de tres años de observaciones del SG. Los SGs son capaces de medir variaciones de la gravedad en un gran espectro de amplitudes y frecuencias, desde mareas terrestres hasta efectos hidrológicos. Para analizar distintos efectos en las observaciones de un SG, primero debe realizarse un cuidadoso tratamiento de la señal observada. Para esto se obtuvieron los residuos preliminares, luego de eliminar las principales fuentes de variaciones de gravedad. Saltos y picos ocasionados por terremotos, cortes de luz, etc., fueron eliminados de la señal residual y a su vez filtrada, obteniendo una señal suave y continua. Luego, las señales de mareas terrestres y carga oceánica fueron restituidas a la señal residual. El procesamiento de la señal resultante se realizó con la última versión del software ETERNA ETA34-X, incluyendo el grado 3 del potencial de marea de ciertas ondas de marea en el análisis de marea. Como resultado del análisis de tres años de observaciones, se obtuvieron los parámetros de marea de 55 grupos de onda. En segundo lugar, se ha analizado el impacto de distintos modelos de marea oceánica en los parámetros, con el fin de separar los efectos de marea terrestre y carga oceánica.The Argentinean-German Geodetic Observatory (AGGO) is a fundamental geodetic observatory located close to the city of La Plata, Argentina. All relevant space geodetic techniques are established at AGGO: GNSS, VLBI and SLR. A Gravity Lab is also installed, where the superconducting gravimeter (SG) SG038 has been continuously measuring gravity variations since December 2015. Moreover, the absolute gravimeter FG5-227 has provided a gravity reference value for the Observatory and Latin America since January 2018. Through the analysis of three years of superconducting gravity data, an Earth tidal model is presented. The SGs are capable to measure gravity variations in a wide range of amplitudes and frequencies, from Earth tides to hydrological effects. In order to analyse different effects in the SG observations, a careful pre-processing of the signal has to be done before. To do so, the preliminary residuals were obtained by subtracting the principal constituents of the signal. Spikes caused by earthquakes were eliminated and a few gaps were filled. The residuals were then filtered to obtain a smooth and continuous signal. Afterwards, Earth tides and ocean tide loading signals that were previously subtracted, were restored to the corrected residuals. The tidal analysis was performed with the last version of the ETERNA ETA34-X software, including independent estimates of degree 3 of the potential of some tidal constituents. After the tidal analysis of three years of SG observations, parameters of 55 tidal constituents were obtained. Moreover, in order to separate the effects of Earth tides and ocean tide loading, different ocean tide models were compared.Fil: Antokoletz, Ezequiel Darío. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas. Departamento de Gravimetría; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Tocho, Claudia. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas. Departamento de Gravimetría; Argentina. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas; ArgentinaFil: Wziontek, Hartmut. Federal Agency for Cartography and Geodesy; Alemani

A tidal model for the Argentinean-German Geodetic Observatory (AGGO) by using superconducting gravity observations of SG038

El Observatorio Argentino-Alemán de Geodesia (AGGO) es un observatorio fundamental de geodesia ubicado en las cercanías de la ciudad de La Plata, Argentina. AGGO cuenta con las principales técnicas geodésicas espaciales, GNSS, VLBI y SLR. Por otra parte, AGGO posee un Laboratorio de Gravimetría, donde el gravímetro superconductor (SG) SG038 realiza mediciones en forma continua de las variaciones de gravedad, desde diciembre del año 2015. Además, el gravímetro absoluto FG5-227 provee un valor de gravedad absoluto de referencia para AGGO y para Latinoamérica desde enero del año 2018. En este trabajo se presenta un modelo de mareas obtenido a partir del análisis de tres años de observaciones del SG. Los SGs son capaces de medir variaciones de la gravedad en un gran espectro de amplitudes y frecuencias, desde mareas terrestres hasta efectos hidrológicos. Para analizar distintos efectos en las observaciones de un SG, primero debe realizarse un cuidadoso tratamiento de la señal observada. Para esto se obtuvieron los residuos preliminares, luego de eliminar las principales fuentes de variaciones de gravedad. Saltos y picos ocasionados por terremotos, cortes de luz, etc., fueron eliminados de la señal residual y a su vez filtrada, obteniendo una señal suave y continua. Luego, las señales de mareas terrestres y carga oceánica fueron restituidas a la señal residual. El procesamiento de la señal resultante se realizó con la última versión del software ETERNA ETA34-X, incluyendo el grado 3 del potencial de marea de ciertas ondas de marea en el análisis de marea. Como resultado del análisis de tres años de observaciones, se obtuvieron los parámetros de marea de 55 grupos de onda. En segundo lugar, se ha analizado el impacto de distintos modelos de marea oceánica en los parámetros, con el fin de separar los efectos de marea terrestre y carga oceánica.The Argentinean-German Geodetic Observatory (AGGO) is a fundamental geodetic observatory located close to the city of La Plata, Argentina. All relevant space geodetic techniques are established at AGGO: GNSS, VLBI and SLR. A Gravity Lab is also installed, where the superconducting gravimeter (SG) SG038 has been continuously measuring gravity variations since December 2015. Moreover, the absolute gravimeter FG5-227 has provided a gravity reference value for the Observatory and Latin America since January 2018. Through the analysis of three years of superconducting gravity data, an Earth tidal model is presented. The SGs are capable to measure gravity variations in a wide range of amplitudes and frequencies, from Earth tides to hydrological effects. In order to analyse different effects in the SG observations, a careful pre-processing of the signal has to be done before. To do so, the preliminary residuals were obtained by subtracting the principal constituents of the signal. Spikes caused by earthquakes were eliminated and a few gaps were filled. The residuals were then filtered to obtain a smooth and continuous signal. Afterwards, Earth tides and ocean tide loading signals that were previously subtracted, were restored to the corrected residuals. The tidal analysis was performed with the last version of the ETERNA ETA34-X software, including independent estimates of degree 3 of the potential of some tidal constituents. After the tidal analysis of three years of SG observations, parameters of 55 tidal constituents were obtained. Moreover, in order to separate the effects of Earth tides and ocean tide loading, different ocean tide models were compared.Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísica

GRAVIMETRÍA SUPERCONDUCTORA Y ABSOLUTA EN EL OBSERVATORIO ARGENTINO ALEMÁN DE GEODESIA (AGGO)

El tema de investigación pretende aplicar técnicas gravimétricas novedosas utilizando el Gravímetro Superconductor (SG) y el Gravímetro Absoluto (AG) instalados en el Observatorio Argentino Alemán de Geodesia (AGGO) para resolver problemas geofísicos, geodésicos, geodinámicos e hidrológicos. La Gravimetría Superconductora es un tema nuevo en Argentina. La deformación elasto-gravitacional terrestre y las correspondientes variaciones temporales de la gravedad medidas por el SG en la superficie terrestre proporcionan información sobre distintos fenómenos geofísicos con diferentes periodos y amplitudes. Las variaciones temporales están asociadas a procesos dinámicos y geodinámicos, tanto internos como externos (mareas terrestres y oceánicas, presión atmosférica, circulación oceánica, ciclo del agua, movimiento del polo, movimientos tectónicos, actividad sísmica y volcánica, rebote post-glaciar). Además, la gravedad se ve afectada por la actividad antropogénica (explotación de recursos naturales, acuíferos, etc.). La temática que se abordará contribuye a realizar investigaciones científicas sobre la dinámica terrestre con el Gravímetro Superconductor. Para estudiar fenómenos geofísicos débiles es necesario remover el efecto de las mareas terrestres de los registros gravimétricos y realizar un cuidadoso pre-procesamiento de los datos. Se obtendrá un modelo de mareas terrestres local y preciso y a partir de él se podrá proceder al cálculo de residuales más confiables para realizar estudios sobre nuevas señales de amplitud muy pequeña y también mejorar el modelado de los efectos ambientales. Para el cálculo de la deriva o drift se realizarán inter - comparaciones con el gravímetro absoluto. A partir de la necesidad de generar un modelo de mareas preciso para corregir observaciones gravimétricas en AGGO, se realizó un análisis de los primeros tres años de observaciones del SG. Este trabajo se ha enviado a una revista de impacto regional, en el cual se presenta un modelo de mareas para la estación AGGO y un análisis de los efectos de carga generados por distintos modelos de marea oceánica. Por otra parte, a partir de la combinación de observaciones del gravímetro superconductor SG038 y el gravímetro absoluto FG5-227, se ha realizado una estimación del factor de calibración y de la deriva del SG. Éstos resultados permitieron, además, estimar la función de referencia de gravedad para AGGO, la cual es de vital importancia para la comparación de gravímetros absolutos en el marco del establecimiento del Marco de Referencia Internacional de Gravedad. Este trabajo fue publicado en una revista internacional. Actualmente, a partir de una pasantía en la Agencia Federal para la Cartografía y la Geodesia de Alemania (BKG), me encuentro trabajando en el modelado de efectos de carga atmosférica y oceánica no-mareal

Gravimetría superconductora y absoluta en el observatorio Argentino Alemán de geodesia (AGGO)

El tema de investigación pretende aplicar técnicas gravimétricas novedosas utilizando el Gravímetro Superconductor (SG) y el Gravímetro Absoluto (AG) instalados en el Observatorio Argentino Alemán de Geodesia (AGGO) para resolver problemas geofísicos, geodésicos, geodinámicos e hidrológicos. La Gravimetría Superconductora es un tema nuevo en Argentina. La deformación elasto-gravitacional terrestre y las correspondientes variaciones temporales de la gravedad medidas por el SG en la superficie terrestre proporcionan información sobre distintos fenómenos geofísicos con diferentes periodos y amplitudes. Las variaciones temporales están asociadas a procesos dinámicos y geodinámicos, tanto internos como externos (mareas terrestres y oceánicas, presión atmosférica, circulación oceánica, ciclo del agua, movimiento del polo, movimientos tectónicos, actividad sísmica y volcánica, rebote post-glaciar). Además, la gravedad se ve afectada por la actividad antropogénica (explotación de recursos naturales, acuíferos, etc.). La temática que se abordará contribuye a realizar investigaciones científicas sobre la dinámica terrestre con el Gravímetro Superconductor. Para estudiar fenómenos geofísicos débiles es necesario remover el efecto de las mareas terrestres de los registros gravimétricos y realizar un cuidadoso pre-procesamiento de los datos. Se obtendrá un modelo de mareas terrestres local y preciso y a partir de él se podrá proceder al cálculo de residuales más confiables para realizar estudios sobre nuevas señales de amplitud muy pequeña y también mejorar el modelado de los efectos ambientales. Para el cálculo de la deriva o drift se realizarán inter - comparaciones con el gravímetro absoluto. Otro aspecto importante que se pretende abordar será la combinación de técnicas terrestres (SG y AG) con técnicas satelitales GPS (Global Positioning System) y GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment).Universidad Nacional de La Plat

Tópicos de gravimetría : Primera parte

Este libro cubre parte de los contenidos del programa de la asignatura Gravimetría dictada en la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas (FCAG), perteneciente a la Universidad Nacional de La Plata (UNLP). El objetivo del texto es acercar a los estudiantes aquellos contenidos requeridos para la comprensión global de la materia en un único libro que sirva de base al momento de consultar la bibliografía sugerida por la cátedra. El libro es el resultado de años de trabajo a lo largo de los cuales se fueron desarrollando y madurando diferentes tópicos a través de la interacción entre los docentes de la cátedra y los alumnos. Esta es una obra dinámica, ya que se irá actualizando e incorporando material conforme a las necesidades de la cátedra.Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísica

Estimación del coeficiente de almacenamiento del acuífero Pampeano a partir de datos de un gravímetro superconductor

El rendimiento específico o porosidad drenable se define como la cantidad media de agua por unidad de volumen de suelo que se drena por unidad de descenso del nivel freático en un perfil que se extiende desde el nivel freático hasta la superficie. Desde un punto de vista hidrogeológico este parámetro resulta de importancia en problemas tales como la estimación de la recarga y el diseño de planes eficientes para la explotación sustentable de aguas subterráneas. El valor de este parámetro se suele estimar mediante ensayos de bombeo y su valor resulta siempre menor al de la porosidad de la formación. En el presente trabajo se propone una técnica para la determinación del rendimiento específico que correlaciona mediciones de gravedad in situ del gravímetro superconductor GWR R038 con variaciones del nivel freático muestreadas en el predio del Observatorio Argentino Alemán de Geodesia (AGGO). Para emplear esta técnica es necesario contar con datos observados durante un periodo de tiempo sin precipitaciones para garantizar un descenso continuo del nivel freático por flujo regional. Bajo estas hipótesis y asumiendo que el problema es unidimensional se obtiene una relación lineal entre las variaciones de gravedad y los niveles freáticos que depende del rendimiento específico. Para la aplicación práctica de esta técnica se seleccionó un período de tiempo de 19 días (9 al 28 de mayo del 2016) donde se observó un perfil de humedad estable y un descenso continuo de los niveles. Los datos gravimétricos fueron corregidos por efectos de marea, carga oceánica, presión atmosférica y movimiento del polo. El valor del rendimiento específico determinado para el acuífero Pampeano es aproximadamente 0.18. Este valor se encuentra dentro del rango de valores admisibles para la textura de este acuífero. La técnica empleada es sumamente novedosa en nuestra región ya que el gravímetro superconductor de AGGO es el único instrumental de su tipo funcionando en América Latina.Eje: Ciencias Hidrológicas y Criósfera.Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas (FCAG