EIN VERTIKAL-EINSTAB-PENDEL ZUR MESSUNG DER ERDGEZEITENBEDINGTEN LOTSCHWANKUNGEN

MANFRED SCHNEIDER

htstitut fiir theoretische Physik und Geophysik der Bergakademie, Freiberg/Sa*)

1. DAS VERTIKALPENDEL FOR L O T S C H W A N K U N G S B E O B A C H T U N G E N

Das klassische Instrument zur kontinuierlichen Registrierung der erdgezeitenbedingten Lot- schwankungen ist das Horizontalpendel. Es existiert in verschiedenen Ausf~ihrungen und hat trotz seines einfachen Funktionsprinzipes noch in jfingster Zeit wertvolle technische Verbesserun- gen erfahren. Die Fortschritte in der Mel3technik haben in den letzten Jahren zu den Anf/ingen einer neuen Entwicklung geffihrt. Es ist gelungen, die zeitlichen Schwanktmgen der Lotrichtung dutch frei um eine horizontal gelegene Achse drehbare Pendelk6rper quantitativ u n d fortlaufend fiber l~ngere Zeit zu erfassen. Die horizontale Verschiebung des unteren Pendelendes gegeniiber einem Fixpunkt wird unter Verwendung tr~igerfrequent betriebener D~fferentialtransformatoren gemessen. Da Pendel dieser Art sich immer in die Richtung des Lores einstellen, d.h. vertikal h/ingen, hat sich daffir die Bezeichnung ,,Vertikalpendel" eingebfirgert. Es ist O, blich, die totale Lotschwankung dutch die Verwendung zweier Vertikalpendel mit orthogonal zueinander stehen- den horizoutalen Drehachsen in zwei Komponenten zerlegt zu beobachten.

Von einem Vorschlag Grafs [3] ausgehend, sind in den letzten Jahren zwei unabh'angige, win- zipiell aber gleichartige Konzeptionen entstanden. Graf selbst hat zwei rohrf6rmige Pendel- k6rper yon 2 m L'ange ineinandergesteckt und an Blattfederge]enken aufgehSngt, die zwei hori- zontal gelegenen, aufeinander senkrecht stehenden Achsen /iquivalent sind [4]. Mi t dieser An- ordnung wurden in einem 30 m tiefen Bohrloch erfolgreich Neigungsregistrierungen ausgeffahrt [5]. Die erste Vertikalpendel-Versuchsapparatur des Institutes ffir theoretische Physik und Geo- physik der Bergakademie Freiberg ist, nachdem erfolgreiche Proberegistrierungen in einer Kom- ponente [9] gelungen waren, entworfen worden und unterscheidet sich yon der Ausffihrung nach Graf im wesentlichen dadurch, dal~ die beiden Pendelk6rper nebeneinander aufgeh~ngt sind. Sie werden durch 2,6 m lange Stabe realisiert. Von dieser Versuchsausffihrung liegen fortlaufende Aufzeichnungen der Lotschwankungen fiber 3 Monate vor, die harmonisch analysiert worden sind [10,11].

Die erfolgreiche Erprobung des im Grunde einfachen, abet doch in der Praxis der Erd- gezeitenforsehung neuartigen Mel3prinzipes er6ffnet die Perspektive, in Zukunft Lotschwankungs- beobachtungen in Bohrl6chem aus~,uffihren. Dabei bietet sich gegenfiber der Verwendung von Horizontalpendeln in besonders angelegten Untertager~.umen oder in bergm3.nnischen Anlagen der Vorteil, dab die Installation der Vertikalpendet Lotschwankungsbeobachtungen mit relativ geringem Kostenaufwand fiberall dort erm6glicht, wo ein wissenschaftliches Interesse vorliegt und wo eine Verdichtung des Mel3punktnetzes n6tig oder wfinschenswert ist.

Eine wichtige Voraussetzung gilt es jedoch zu erf011en, bevor Vertikalpendel in gr68erer Zahl in Bohrl6chern eingesetzt werden k/Snnen. Die Dimensionen der unhandlichen ersten Versuchs- ausffihrungen sind zu reduzieren. Das betrifft nach M6glichkeit sowohl die L/ings- als auch die Querabmessungen. Ein erster Schritt auf diesem Wege ist am [nstitut ffir theoretische Physik und Geophysik der Bergakademie Freiberg gelungen. Es ist durch mehr als einj/i.hrige Beobach- tungen experimentell der Nachweis geffihrt worden, dab die totate Lotschwankung mit einem einzigen Pendelstab, der allseitig auslenkbar aufgeh/ingt ist, in zwei orthogonale Komponenten aufgel6st gemessen werden kann. Nach Abschlul3 des Manuskriptes erschien die Arbeit [13].

*) Anschrift: Gustav-Zeuner-Strasse, Freiberg/Sa, D D R

422 stadia geoph, et aeod. 10 (1966)

Eht Vertikal-Einstab-Pendel...

2. DIE M E S S A N O R D N U N G EINES VERTIKAL-EINSTAB-PENDELS

Dutch Voruntersuchungen im Labor war festge- stellt worden, dal3 bei bestimmten Typen yon Diffe- rential t ransformatoren eine kleine seitliche Verschie- bung des hochpermeablen beweglichen Kernes keine meBbare Anderung der Sekund~.rspannung ergab. Die Verschiebung des unteren Endes eines allseitig beweglich, dabei abet verwindungssteifaufgeh/ingten Pendeik6rpers kann mithin bei geeigneter Justierung yon zwei Differentialtransformatoren in zwei unab- h~ngig voneinander mef3bare orthogonale Kompo- nenten zerlegt werden. Da die Pendelauslenkungen infolge der erdgezeitenbedingtcn Schwankungen der Lotrichtung hinreichend klein sind, ist die Zerlegung praktisch stets m6glich.

In einer Versuchsanordnung (Abb. I ) war ein Pen- delstab an einem Blattfeder-Kreuzgelenk (Abb. 2) allseitig auslenkbar kardanisch aufgeh/ingt. Die Drehachsen lagen in einer Ebene. AIs Federmaterial

Abb. 1. Gesamtansicht des mechanischen MeBteiles der ersten Versuchsausf~hrung des u (Aufnahme: HFBS Bergakademie Freiberg/Richter).

5tudia geoph, et geod. 10 (t9661

Abb. 2. Aufh~ingung des Vertikat-Einstab-Pendels an einem Blattfeder-Kreuzgelenk. Rechts yore Kreuz- gelenk befindet sich ein Gefg3 zur Aufbewahrung yon Trockenmittel (Aufnahme: HFBS Bergakademie

Freiberg,/Richter).

423

M. Schneider

diente kaltgewalzte Beryllium-Bronze von 0,06 mm Dicke. Die freie Federl/inge b e t r u g 0,6 ram, die Breite des Federgelenkes jeweils zweimal 10 mm bei einem Abstand yon 130ram. Da- durch war eine ausreichende Verwindungssteifigkeit garantiert. Die Verschiebung des unteren Pendelendes wurde mit zwei Differentialtransformatoren des VEB Ger~te- und Reglerwerke Teltow, Typ J III B, in eine Nord-Sfid- und eine Ost-West-Komponente zerlegt, gemessen. Die Drehachsen befanden sich in den entsprechenden Richtungen. Die Orientierung war mit Hilfe des markscheiderischen Grubennetzes auf besser als 0,gl m6glich.

Da das eigentliche Ziel der Untersuchungen nur den Nachweis der Brauchbarke i t des Meg- prinzipes, jedoch nicht eine verbesserte Neukonstrukt ion darstellte, konnten wesentl iche Bau- gruppen des mechanischen und des elektronischen MeBteiles der vorhergehenden Vert ikalpendel- apparatur [11 ] his auf geringf~gige ANinderungen fibernommen werden. Die Messungen erfolgten in Freiberg an der gleichen Stelle, wo die frtiheren Lotschwankungsbeobachtungen mit Vertikal- pendeln stat tgefunden hatten.

Der benutzte Raum liegt auf der Turmhof-Hilfsstollnsohle der Lehrgrube Al t -El isabeth der Bergakademie Freiberg. Das umgebende Gestein ist Gneis. Die Entfernung yon d e r Tagesober- fl~iche betr~gt 77 m. Die Megkammer liegt 75 m yore Schacht entfernt. Sie ist wfihrend der Mes- sungen nach auBen durch Schwammgummi abgedichtet gewesen. Die gr6Bten im Verlaufe der einj/ihrigen Messungen festgestellten Temperatur/ inderungen am Mel3ort haben 0,01~ nicbt fi berschritten.

Der mechanische MeBteil wurde an der Firste eines etwa 3,3 m hohen Aufbruches in der Meg- kammer an dem bereits ffir die frfiheren Untersuchungen benutzten e inbetonier ten Klotz aus Hydronal ium aufgeh/ingt. Der Basisaufbau mit dem induktiven Mel3wertabgriff wurde -- wie bereits frfiher -- auf einem sehweren Doppel-T-Trg_ger aufgestellt. Der ganze A u f b a u wurde mit Blech umkleidet und gegen Tropfwasser geschfitzt. Das Innere wurde mit Sil ika-Gel trocken gehalten. Die MeSwerte wurden auf die in [10, 11] beschriebene Weise tr~igerfrequent nach einem 22 m entfernt in Richtung Schacht gelegenen Meflplatz fibertragen und mit einem Kornpensat ions- bandschreiber fort laufend registriert. Der Einflul3 der mikroseismischen Bodenunruhe wurde mittets einer Old/impfung des Pendelstabes und ferner eines Tiefpasses zur Fi l terung der MeB- spannung beseitigt.

Zur Best immung und laufenden l~/berwachung der Neigungsempfindliehkeit der MeBanord- hung dienten, wie in [10, 11] beschrieben, Zusatzmassen in der Gestalt kleiner Mumetal lkugeln.

Tabelle I. Konstanten des Vertikal-Einstab-Pendels.

F Bezeichnung VE 1 F VE 2

I

Richtung des positiven Ausschlages Masse des Pendels in g beweglicher Tell des Kreuzgelenkes in g effektive Pendell~.nge (Drehachse-Gebermitte)

in mm Abstand Schwerpunkt-Drehachse in mm Eigenperiode in s Masse der Eichkugeln in mg Abstand des Kugelpaares in Richtung

des Eichausschlages in mm Abstand Drehachse-Kugelmitte in mm Eichausschlag in 10- 3,

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96,783 + 0,001 + 0,5

86,76

424 5tudia geoph, et geod. I0 (1966)

Ein Vertikal-Einstab-Pendel...

Diese ruhten normalerweise in Einsenkungen auf einern Teller am unteren Ende des Pendelstabes nahezu symmetrisch zur Pendelachse und wurden bei der Eichung mit Hilfe yon Elektromagneten abgehoben. Aus den Abrnessungen des Pendels sowie aus der Pendelrnasse und den Zusatzmassen ergibt sich ein definierter Winkelausschlag des Systems, der der Anzeige des Registrierger~tes zugeordnet wird. Urn den EinfluB der Stromw/trme gegenfiber den frfiheren Untersuchungen zu verringern, wurden die Kugeln durch einen kurzzeitigen StrornstoB (1,7 W, 130 mA) yon den Magneten angezogen und l'fir die Dauer der Eichung -- sie betrug wegen des langsarnen Einlauf- vorgang~ infolge der starken D~mpfung etwa 6 Minuten -- rnit geringerern Strom (5 roW, 7 rnA) gehalten. W~ihrend des Ausschaltvorganges wurden die Magnete und Eichkugeln mit Wechset- strom entmagnetisiert. Auf diese Weise wurden jede Oberrn~iBige Stromwg.rmeentwicklung und jedes Kleben der Eiclakugeln am Mumetallkern der Elektromagnete vermieden.

Die geometrischen und pbysikalischen Konstanten der erprobten Vertikal-Einstab-Pendel- anordnung sind in Tab. 1 zusammengestellt.

3. DIE MESSERGEBNISSE MIT DEM VERTIKAL-EINSTAB-PENDEL

Die Lotschwankungsbeobachtungen mit dem Vert ikal-Einstab-Pendel begannen

14 Tage nach der Instal la t ion des mechanischert Teiles in der Mel3kammer. Die

Beobachtungen erfolgten in 4 MeBintervallen, deren Dauer mit Ausnahme des letzten

so festgelegt wurde, dab jeweils 8 harmonische Analysen des Beobachtungsmateriales

nach dem Verfahrert yon Doodson [2] mit um 10 Tage verschobenen Zentra l tagen

bei vorausgehender Gangel iminierung nach Percev [8] m6glich waren. Die letzte

MeI3reihe wurde abgeschlossen, als Werte, die fiir 3 harmonische Analysen ausreichten,

vorlagen. Die einzelnen MeBperioden dauer ten:

1. MeBperiode vom 17. 12. 1964 bis 28. 3. 1965, 2. MeBperiode vom 17. 4. 1965 bis 12. 7. 1965, 3. MeBperiode yore 5. 8. 1965 bis 14. 11. 1965, 4. MeBperiode vom 15. 11. 1965 bis 5. I. 1966.

Innerha lb dieser MeBreihen sind die st i indlichen Beobachtungswerte liickenlos vor-

handen.

Die Empfmdlichkeit der A n o r d n u n g wurde w~ihrend der drei ersten Mel3perioden

nicht verS.ndert und im Mittel alle drei Tage best immt. Sie wurde zu Beginn der letzten

MeBreihe verdoppelt und in zweitS.gigen Abs tand kontroll iert . Die Empfindl ichkei ts-

werte blieben wNarend der Messungen nicht konstant . Die Ursachen fiir die Schwan-

Tabelle 2. Mittlere Skalenwerte in 10-3"/pars (1 pars := 12,5 mrn).

VE 1 VE 2

1. MeBperiode 2. MeBperiode 3. MeBperiode 4. MeBperiode

16,91 -t- 0,46 (2,7~ 19,40 -4-0,77 (4,0~) 17,90 -q-0,66 (3,7,~ 7 553 -t- 0,526 (7,0~,-o)

15,94 4___ 1,41 (8,8."~) 19,00 -t-0,98 ( 5,_/o)'~~ 19.38 -+-0,79 (4,17/~) 7,884 + 0,804 (10,2~)

Studia geoph, et geod. 10 (1966) 425

M. Schneider

kungen werden im elektronischen f)bertragungs- und Mel3teil ver- mutet. Die Ergebnisse der regel- m/iBigen Empfindlichkeitsbestim- mungen gestatten jedoch, den Ein- fluB der Empfindlichkeits~.nderun- gen auf die Auswertungsresultate zu berticksichtigen. Denn vor Be- Nnn der eigeattichen Auswertung wurden die Ordinatenwerte mit Hilfe der Skalenwerte in das Win- kelmag umgerechnet. Zwischen den einzelnen Bestimmungen wur- den die Skalenwerte linear inter- poliert. Die mittleren Skalenwerte sind fiir die einzelnen MeBperio- den in Tab. 2 zusammengestellt.

Mit Hilfe linearer Ordinaten- kombinationen ergeben sich nach Lecolazet [6] fiir die Komponen- ten VE 1 bzw. VE 2 die mittleren Ablesefehler 0,418". 10 .3 bzw. 0,368". 10 .3 fiir die ersten drei MeBperiodem nachVerdoppelung der Empfindlichkeit (3.301". 10 .3 bzw. 0,28Y. 10 -3. Das Beobach- tungsmaterial gestattet keinen si- cheren SchluB, o b der Unterschied signifikant ist, d.h, ob die Erh6- hung der Empfindlichkeit zu einer Verbesserung der MeBgenauigkeit gefRhrt hat.

In Abb. 3 wird ein Ausschnitt aus der Registrierung mit verdop- pelter Empfindlichkeit zur Zeit der Wintersonnenwende gezeigt,

Abb. 3. Verkle iner ter A u s s c h n i t t au s

e iner Reg i s t r i e rung mi t d e m Ver t ika l -

Eins tab-Pendel . Der P a p i e r v o r s c h u b im Original betrfigt 2 c m p ro S tunde .

426 Studia geop}l et geod. lO (1966}

Ein VertikaI-Einstab-Pendel...

Tabelle 3. Mittlere D/impfungszahlen ~.

Zahl der VEI Einzelmessungen !

1. Megperiode 26 2. MeBperiode 18 3. u. 4. Mel3periode 12

69,4 _ 5,6 34,8 + 1,9 16,1 -4- 1,3

VE2

30,1 ~ 4,0 21,6 '_ 1,6 16,7 + l,O

Die angegebene Unsicherheit ist die mittlere quadratische Schwankung tier Einzelmessung.

so dab eine unmittelbare Vorstellung yon den maximal auftretenden Amptituden

auf den Registrierstreifen gewonnen werden kann. Die mechanische D~mpfung der Anordnung wurde zu Begirm der zweiten und der

dritten MeBperiode dutch Ablassen yon D/impfungs/51 verringert. Die dimensionslose DS.mpfungszahl (~ = l bedeutet den Grenzfall der aperiodischert DS.mpfung) wurde durch Beobachtung des Einlaufvorganges des Pendels unter Verwendung der Eich- vorrichtung bei erh6htea Papiervorschub bestimmt (s. Tab. 3). W~.hrend der 4. Meg- periode im Herbst und Winter 1965, d.h., bei roller Empfindlichkeit der Anordnung, hat die gew~.hlte D~.mpfung nicht mehr in jedem Falle ausgereicht, um die in dieser Jahreszeit besonders starke mikroseismische Bodenunruhe zu unterdriicken.

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Abb. 4. NuJlpunktgang des Vertikat-E[nstab-Pendels.

Far die halb- und ganzt~gigen Partialtiden war bei der Auswertung die VerfS.lschung der Phasenwerte infolge der starken D/impfung zu beriicksichtigen. Die Verkleinerung der Amplituden betrug im H6chstfalle nut 4 . 1 0 - 5 und konnte somit stets vernach- l~sigt werden. Aber die Nacheilung der beobachteten Partialtiden gegen die im d~.mp- fungsfreien Falle zu erwartende Phase betrug f~.r die Ha lb ta~ t iden maximal 0,50 ~ filr VE i bzw. 0,22 ~ far VE 2 ia der I. MeBperiode, far die Ganztagstiden die H'~Ifte, nach Verringerung der D/lmpfung entsprechend weniger.

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430 Studia geoph, et geod. tO (1966)

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M. Schneider

In Abb. 4 sind die beiden Komponenten des Nullpunktganges des Vertikal-Einstab- Pendels dargestellt. Offensichtlich sind Einlaufvorg~.nge nach dem Aufbau der An- ordnung und nach den Eingriffen in den mechanischen Mei3teil zu BeNnn der zweiten undderdritten Mel3periode vorhanden, deren Dauer unterschiedlich ist and die nach maximal etwa einem Monat noch festgestellt werden k6nnen. M6glicherweise ist auch die Vorzeichenumkehr im Gangverhalten der Ost-West-Komponente zu Beginn der dritten Mel3periode durch den vorausgegangenen Eingriff beim Ablassen yon DS.mpfungs61 zu erkl/iren. Es ist jedoch bemerkenswert, dab die Betr/ige beider Kom- ponenten des Nullpunktganges im gesamten Beobachtun~zeitraum 2" nicht erreichen, obwohl durch die Aufstellung des Basisaufbaus auf dem Doppel-T-Tr/tger, der seiner- seits lediglich auf Eisenbolzen in den seitlichen St/Sgen der Gangstrecke und auf Ziegel- mauerwcrk gelegt ist, yon vornherein sehr wahrscheinlich unkontrollierbare Null- punktverlagerungen zu erwarten sind. Nachwirkungserscheinungen bei Eichungen und Nullpunktverstellungen sind nicht feststellbar.

Ein jahresperiodischer Anteil der Nullpunktbewegung ist nicht ausgeschlossen. Er l~t/3t sich jcdoch aus dem Beobachtungsmaterial kaum ableiten. Qualitativ schcint einc j~ihrliche Doppelamplitude yon etwa 0,15" bzw. 0,05" in den Sommermonaten nach Osten bzw. Siiden angedeutet. Weil die ErdoberflS.che iiber dem Megort nach Westen einfiillt, k6nnte ein solcher Effekt dadurch erkl/irt werden, dab sich die Ober- fl~ichenschichten bei einer ErwS.rmung ausdehnen und etwa nach Osten anheben, wobei die Aufh/ingung des Pendels relativ zur Unterlage ebenfalls verschoben wiirde.

Die fiir die Erdgczeitenforschung eigentlich interessierenden Ergebnisse der Lot- schwankuagsbeobachtungen mit dem Vertikal-Einstab-Pendel sind die harmonischen Konstanten dcr Partialtiden. Der Vergleich der beobachteten mit den theoretisch fiir eine starre Erde berechneten Werten liefcrt fiir die vier Mei3perioden die in den Tab. 4 bis 7 mitgeteilten Verminderungsfaktoren 7 und Phasendifferenzen ~ (c~ > 0 bedeutet Voreilung der beobachteten gegeniiber der theoretischen Gezeit). Fiir jede MeBperiode wurden die vektoriellen Mittelwerte berechnet [7]. Sie sind zum Vergleich mit den mittleren harmonischen Konstanten aus den Lotschwankungsbeobachtungen mit Vertikalpendeln (VI bzw. V:) an der gleichen Stelle im J. 1963 und mit den Gesamt- mittelwerten der Ergebnisse far das Vertikal-Einstab-Pendel in Tab. 8 dargestellt.

Eine Betrachtung'dieser Tabellen zeigt erwartungsgem/iB, dab die harmonischen Konstanten dcr Partialtiden Mz und Sz in beiden Komponenten die geringsten Streuungen aufweisen. Hinsichtlich ihrer Unsicherheit durchaus vergleichbar sind die Werte fiir die Ost-West-Komponente der Ganztagstiden O1 und K t. Besonders auf- f~llig ist die gute innere Genauigkeit der Verminderungsfaktoren fiir die Ost-West- Komponente der M,-Tide in der 1. MeBperiode. DaB die absolute Mef3genauigkcit geringer ist, zeigt ein Vergleich der Mittelwerte far die einzelnen Megperioden. Jedoch k6nnen diese Unterschiede auf einer systematischen Beeinflussung der harmonischen Konstanten durch meteorologische und sonstige sekund~ire Wirkungen, die im allgemei- nen zeitlich variabel sein k6nnen, beruhen [12]. Diese Frage bedarf fiir die Beurteilung aller Ergebnisse yon Erdgezeitenbeobachtungen noch einer griindlichen Priifung.

432 Studia geoph, et ~eod. 10 r1~66)

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5 tud ia geop'a, et ge,xt. 10 (1966~ 433

M. Schneider

Auf Grund der Mel3ergebnisse aus dem J. 1963 unerwartet, treten in der meridio- nalen Komponente der S2-Tide eindeutig positive Phasenwerte auf. Da, ebenfalls im Gcgensatz zu friiher, die an sich unsicher feststellbaren Verminderungsfaktoren der Ganztagstiden in der gleichen Komponente in der Regel gr/513er als eins sind, ist zu vermuten, da/3 sekund/ire Einfliisse die wahren Werte verf.~Ischt haben. Weil der Me/3ort nur 75 rn vom Schacht entfernt liegt und dieser einziehende Wetter f'tihrt, kann mit thermoelastischen St6rungen gerechnet werden. DaB der Unterschied der mittleren Ergebnisse fiir die Vertikalpendel V 1 bzw. V 2 aus dem J. 1963 und fiir die

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Ergebnisse der harmonischen Analysert

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Abb. 5. Graphische Darstellung der mitfleren Ergebnisse der harmonischen Analysen.

entsprechenden Komponenten des Vertikal-Einstab-Pendels VE 1 bzw. VE 2 nicht allein dutch einen Proportionalit'/ttsfaktor, z. B. durch unerkarmte systematische Fehler der Skalenwerte, erkl~irt werden kann, wird daraus ersichtlich, dab die ver- schiedenert Tiden unterschiedliches Verhalten zeigen. Zum Beispiel sind in beiden Komponenten die Verminderungsfaktoren der Mz-Tide im J. 1965 gr613er als 1963, die der Sz-Tide hingegen nicht.

Zum besseren f0berblick sind in Abb. 5 die mittleren Ergebnisse der harmonischen Artalysen der Lotschwankungsbeobachtungert mit der ersten Vertikalpendelapparatur aus dem J. 1963 und derjenigen mit dem Vertikal-Einstab-Pendel aus dem J. 1965 fiir die sechs untersuchten Partialtiden in beiden Komponenten graphisch dargestellt. Die horizontale Strecke bedeutet die Einheit. Die L/i.nge eines Vektors stellt denve r - minderungsfaktor, der Winkel gegen die Horizontale die Phasendifferenz dar. Im Uhrzeigersinn gez/thlt, eilt die beobachtete gegen die theoretische Tide vor. Die Radien der um die Endpunkte der gerichteten Strecken eingetragenen Kreise sind ein MaB fiir die Unsicherheit der Verminderungsfaktoren. Der im Ursprung zwischen den Tan- genten an den Kreis aufgespannte Winkel charakterisiert die Unsicherheit der Phasen- lage [1].

434 5tudia geopb, et geod. I0 (1966)

Ein Vertikal-Einstab-Pendel...

Obwohl die Abweichungert der entsprechenden mittleren harmonischen Konstart- ten voneinander vorl/i.ufig im einzelrten nicht erkl/irt werden k/Snnen, l/il3t die Betrach- tung der Mel3ergebnisse an Hand der Abb. 5 den Schlul3 zu, dab das Vertikal-Einstab- Pendel prinzipiell zur quantitativen Beobachtung der erdgezeitertbedingten Lot- schwankungen geeignet ist. Da in der Perspektive an den Einsatz in Bohrl/Schern ge- dacht werdea kann, stellt auch die Untersuchung der rezet,_tert Bewegungert tier Erd- kruste ein weites Feld der Anwendung des Vertikal-Einstab-Pendels dar. Um jedoch repr/tsentative Neigungsmel3werte iiber lange Zeit liefern zu k~Snnen, ist bei seiner Weiterentwicklung neben der Verringerung der Dimensionen vordringlich die Null- punktstabilitgt zu erh/3hen, ein Umstand, der bei der Beobachtung der periodisch ablaufenden Lotschwankungen nicht sonderlich ins Gewicht f/ilk. Fiir die Ausf'tih- rungen mit evt. geringerer Neigungsempfindlichkeit bietet sich der Einsatz bei der Oberwachung yon Staumauern und yon Absenkun~erscheinungen an der Erdober- fl/iche, die durch Auslaugungen im Untergrund oder dutch bergmgnnische Arbeiten verursacht werden, an.

Die experimentellen Untersuchungen waren nut mit der grol3zfigigen F6rderung durch den Direktor des Institutes fSr theoretische Physik und Geophysik der Bergakademie Freiberg, Herrn Prof. Dr. phil. habil. W. Buchheim, maglich. Herr Prof. Dr.-Ing. hahil. K. Neubert stellte die Einrichtungen der Lehrgrube Alt-Elisabeth zur Verffigung. Die Versuchsanordnung wurde in der Werkstatt des Institutes unter mal3geblicher Mitwirkung der Herren Fischer und L~Sscher an- gefertigt. Die Untersuchungen wurden durch den keiter der Lehrgrube Att-Elisabeth, Herrn BerNng. Brendler verst~ndnisvoll unterstfitzt. Allen, die zum Gelingen beigetragen haben, beson- tiers Herrn Dittrich, der die Station wS, hrend der gesamten Zeit vorbildlich betreut hat, sei hiermit gedankt.

Eingegangeu am 18. 3. 1966 Rezensent: J. Pfcha

Literatur

[1] W. B u c h h e i m : Bemerkungen fiber die Streuung der Faktoren 7 und ~ und die dazugeh6- renden Phasenwinkel x. Obs. Roy. Belg. Comm. Nr. 236, S6r. Ge~ophys. Nr. 69 (1964), 381.

[2] A. T. D o o d s o n : The Analysis of Tidal Observations for 29 Days. Internat. Hydrograph. Rev., May 1954.

[3] A. G raf: Bemerkungen zur instrumentellen Ausrfistung einer Gezeitenstation. Obs. Roy. Belg. Comm. Nr. 142, Sdr. G6ophys. Nr. 47 (1958), 116.

[4] A. G r a f t Das Vertikalpendel anstelle des Horizontalpendels ffir die Registrierung der Gezeiten und yon kleinsten Neigungen. Mar6es Terr. Bull. Inf., No 34 (1963), 1069.

[5] A. G r a f t Erste Neigungsregistrierungen mit dem Vertikalpendel in einem 30 m -- Bohr- Ioch. Obs. Roy. Belg. Comm. Nr. 236, S6r. G~:ophys., Nr. 69 (1964), 249.

[6] R. L e c o l a z e t : Sur l 'estimation des erreurs internes affectant les r6sultats d 'une analyse harmonique mensuelle. Marees Terr. Bull. Inf. No 17 (1959), 269.

[7] P. P~.quet: Programme pour la comparaison et la discussion d 'un ensemble de r6sultats d'analyses harmoniques de mar6es terrestres. Mar6es Terr. Bull. Inf., No. 29 (1962), 699.

[8] B. H. H e p u e B : 0 6 y~ere c n o ~ a n ~ ny,ln npa aa6mo~em~a ynpyrnx npnnn~oB. HaB. AH CCCP, cep. reoqb,13. No 4, (1959), 547.

studia geoph, et geod. I0 (1966) 435

;vL Schneider: Ein Vertikal-Einstab-Pendel...

[9] M. S c h n e i d e r : Die Registrierung yon Lotschwankungen mit Hilfe eines Vertikallgendels in Freiberg/Sa. Bergakademie, 14 (1962), 569.

[I0] M. S c h n e i d e r : Lotschwankungsmessungen mit Vertikalpendeln in Freiberg/Sa. Obs. Roy. Belg. Comm. Nr. 236, Sdr. G6ophys. Nr. 69 (1964), 262.

[11] M. S c h n e i d e r : Messung der Lotschwankungen mit Vertikalpendeln in Freiberg/Sa. Deut- sche Geod~.t. Komm., Reihe C, Diss. Nr. 79, Mfinchen 1965.

[12] D. S i m o n : l~'ber den EinfluB yon Luftdruck~nderungen und Meeresgezeiten auf die Ergebnisse der harmonischen Analyse von Horizontalpendelaufzeichnungen. Mar6.es Terr. Bull. Inf., No 44 (1966), 1720.

[13] H. - D . . l a c o b y : Das neue Bohrloch -- Gezeitenpendel nach Graf. Askania -- Warte, 23 (1966), 12.

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I'Iocryamlo 18. 3. 1966

436 Studia geoph, et geod. 10 (1966~