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Geodesia Física y Geofísica

Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014Prof: José Fco Valverde Calderón

I semestre, 2014

Ing. José Francisco Valverde CalderónEmail: [email protected]

Sitio web: www.jfvc.wordpress.comSkype: jfvalverdec

Detalles del curso

•En el curso se estudia dos de los problemas a los que lageodesia les debe dar solución:•La determinación de la forma verdaderaverdadera de la Tierra.•La determinación y estudio de su campocampo dede gravedadgravedad.•Se analizan las consideraciones para efectuar medicionesgravimétricas.gravimétricas.•Se hace una introducción a la geofísica y su relación con lastareas y objetivos de la geodesia.•El material del curso (presentaciones, tareas, artículos y otrainformación relacionada) se encuentra disponible en elsiguiente sitio web: www.jfvc.wordpress.com, en la categoría“Geodesia Física y Geofísica_2014”

Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014Prof: José Fco Valverde Calderón

1. ¿Que es geodesia?2. ¿Que es geodesia física?

3. ¿Que es geofísica?4. ¿Cuál es la relación entre estas geociencias?

5. ¿Cuál es la verdadera forma de la Tierra?6. ¿A que se debe esta forma?

Introducción

6. ¿A que se debe esta forma?7. ¿Cómo se determina esta forma?

8. ¿Qué tipo de mediciones se requieren para determinarla?9. ¿Qué es la tectónica de placas (T.P)?

10. ¿Que relación tiene la T.P con el establecimiento y mantenimiento de los actuales marcos geodésicos de

referencia?

Prof: José Fco Valverde Calderón Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014

Geodesia

Geométrica

FísicaAplicaciones

Ajuste geodésico

Satelital

Científicas PrácticasGNSS


Introducción

Péndulo¿Se puede determinar

gravedad con un péndulo?

Prof: José Fco Valverde Calderón

¿Qué son estos instrumentos?

Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014

Introducción

¿Cuál es el fin de esta misión?¿Cuáles son los productos?

www.csr.utexas.edu/grace/gravity, 2011

Prof: José Fco Valverde Calderón

¿Qué tipo de información proveeneste tipo de marcas?¿Basta con la información obtenida encampo para obtener un dato“correcto”?¿Es necesario efectuar algún otro tipode mediciones?

Geodesia Física y Geofísica I semestre de 2014

¿Qué representa la siguiente figura?¿Tiene relación con las tareas de la geodesia?

Introducción


Significado de Geodesia

Derivado del griego gh (Tierra) y

daiw (dividir)

Introducción

Significado de Topografía

Derivado del griego topos = Topos, sitio y grafein = descripción


•Definición de geodesia, según la Asociación Internacional de Geodesia(IAG): Geodesia es la disciplina que trata con la medición yrepresentación (geométrica, física y las variaciones temporales) de laTierra y los cuerpos celestes.

•Definición de Helmert: Geodesia es la ciencia concerniente al estudiode la forma y el tamaño de la Tierra en un sentido geométrico así

Introducción

de la forma y el tamaño de la Tierra en un sentido geométrico asítambién como de la forma de las superficies equipotenciales del

campo de gravedad.

•Definición de geodesia, OSU: Geodesia es la ciencia de determinar eltamaño y la forma de la Tierra (incluyendo variaciones temporales),usando mediciones principalmente de distancias, tiempo y gravedad.


•PROBLEMAS A LOS QUE LA GEODESIA DEBE DAR SOLUCIÓN:

•La determinación de la forma verdadera de la Tierra.•La determinación y estudio de su campo de gravedad.

•La determinación de posiciones esta ligado directamente a laforma y el tamaño de la Tierra.

NO son problemas

aparte

Introducción

forma y el tamaño de la Tierra.•Geodesia teórica → estudiar las superficies en equilibrio de unahipotética masa fluida, sometida a las acciones gravitatorias y a unmovimiento de rotación.•También es la geociencia que trata (estudia) la Tierra como uncomplejo sistema dinámico, un cuerpo conformado por capas,conteniendo los océanos y rodeada por la atmosfera.


Los tres “pilares” de la geodesia

Forma y deformación

Rotación Campo de gravedad


•La “revolución” en la geodesia fue posible por:

• Uso del tiempo atómico como escala de tiempo → independiente dela rotación de la Tierra.•La habilidad de medir el tiempo de propagación de señales, desdelos segundos hasta los picosegundos.•Uso de satélites artificiales

Introducción

•Uso de satélites artificiales

•Se pasó de tener sistemas globales con exactitudes de 5 m (60’s) asistemas globales con exactitudes milimétricas (en la actualidad).

•Las estrellas fueron reemplazadas por quásares y satélites; lasobservaciones astronómicas fueron reemplazadas por distanciasentre receptores y satélites (mas detalle en Geodesia Satelital)


•Las distancias son medidas de forma indirecta a partir de medir eltiempo de viaje de las señales.

•Los catálogos de estrellas han sido reemplazados por un sistema dereferencia celestre de quásares.

•Para el posicionamiento y la navegación de alta exactitud, el marco

Introducción

•Para el posicionamiento y la navegación de alta exactitud, el marcode referencia terrestre es realizado y mantenido en el tiempo.


•Geodesia: nace con la necesidad querer conocer la forma y el tamañodel sitio donde se habita.•En la Grecia antigua, con Homero, se tienen las primeras ideas, masmitológicas que científicas•Determinar la forma de la Tierra es uno de los mayores problemas a losque se han enfrentado los científicos a lo largo de la historia.•Las primeras ideas sobre la forma de la Tierra, fueron mas mitológicas

Antecedentes históricos

•Las primeras ideas sobre la forma de la Tierra, fueron mas mitológicasque científicas.•El primer proceso científico para determinar el tamaño de la Tierra, loefectúa Eratóstenes, con la medición de arco, entre Alejandría y Siena.•En la edad media, prevalecen las ideas aristotélicas del sistemageocéntrico•En 1543 se publica la obra de Nicolás Copérnico “De las revoluciones delas esferas celestes”, en la cual retoma la teoría heliocéntrica


Teoría Heliocéntrica


•Galileo adopta las ideas de Copérnico. A Galileo Galilei se le debe elenunciar las primeras leyes de la mecánica, con los conceptos develocidad y aceleración.•Se dan grandes avances en los campos de la matemática y la física y unamejora en la calidad de los instrumentos para efectuar observacionesastronómicas.•Kepler enuncia las leyes del movimiento planetario.


•Kepler enuncia las leyes del movimiento planetario.•Con base las leyes de Newton, se concluye que la Tierra no puede seresférica, que tiene que ser un elipsoide, achatada en los polos.•Huygens, observando el movimiento del péndulo, deduce que lagravedad es mayor en el ecuador que en los polos.


•En 1849, Stokes publica un tratado donde explica la metodologíapara determinar el geoide, a partir de observaciones degravedad.•Bruns presenta la fórmula que relaciona la el potencial anómaloy la ondulación del geoide.•Helmert, en el siglo XX, presenta el método astrogeodésico parala determinación del geoide.


la determinación del geoide.•En el siglo XX, Molodensky desarrolla la teoría para el cálculo dealturas normales y para el cálculo del cuasigeoide, la cual es unade las teorías mas utilizadas actualmente.•La ventaja de la teoría de Molodensky radica en que NO esnecesario aplicar reducciones a las observaciones gravimétricas oformular hipótesis para las reducciones de gravedad.


Geodestas, físicos y matemáticos que

contribuyeron al desarrollo contribuyeron al desarrollo de la Geodesia Física


Sir Isaac Newton

•Ley de gravitaciónuniversal.•Tres leyes de la•Tres leyes de lamecánica clásica.•Desarrollo delcálculo diferenciale integral.


Alexis Clairaut

•Teorema de Clairaut en lageodesia geométrica.•Teorema de Clairaut paracalcular la forma de la Tierraa partir a mediciones dea partir a mediciones degravedad.•Participó en las medicionesdel grado del arco demeridiano para determinar laforma de la Tierra.


Piere SimonLaplace

•Matemático y físicofrancés•Ecuación de Laplace.•El potencial gravitacionalde la Tierra se determinade la Tierra se determina(modela) al solucionar laecuación de Laplace.


Adrien Marie Legendre

•Matemático Frances•En geodesia física setiene los polinomios deLegendre, utilizadosLegendre, utilizadospara expresar elpotencial gravitacionalde la Tierra encoeficientes armónicosesféricos.


George Gabriel Stokes

•Matemático y físicoIrlandés•Realizó aportes al campode la dinámica de fluidos,de la dinámica de fluidos,el calculo vectorial y diola teoría para el cálculodel geoide a partir demediciones de gravedad.


Pierre Bouguer

•Astrónomo ymatemático francés.•Participó en laexpedición querealizó mediciones derealizó mediciones dearco de meridano enPerú para determinarla forma de la Tierra.


Carl Friedrish Gauss

•Matemático, físico yastrónomo alemán.•Realizó aportes en elcampo de la geometríacampo de la geometríadiferencial, geodesia,astronomía, algebra,magnetismo, óptica.


Heinrich Bruns

•Matemático yastrónomo alemán,desarrollo la teoría querelaciona el potencialanómalo del campo deanómalo del campo degravedad del Tierra,con la gravedad normaly la ondulación delgeoide.


FriedrichRobert Helmert

•Geodesta Alemán.•Desarrolló la teoría delos métodos paracondesar las masascondesar las masassobre el geoide y asipoder calcular elmismo.


Mikhail SergeevichMolodensky

•Geodesta Ruso.•Sus aportes en lageodesia dinámica, lageodesia dinámica, lageodinámica y el cálculodel cuasigeoide loconvierten en elgeodesta mas destacadodel siglo XX.


Isaac Newton

Johannes KeplerTomado de:

http://icct.kma.zcu.cz/index.php/File:Mainpage.gif, 2012


Carl Gauss

Gabriel StokesTomado de:

http://icct.kma.zcu.cz/index.php/File:Mainpage.gif, 2012


Primeras ideas!

Aproximación!

Una mejor aproximación!

La realidad!!


La Tierra como nos como nos

la muestran


La Tierra La Tierra como es!!


“El geoide es solamente teórico. No se puede ver, tocar o excavar paraencontrarlo. Simplemente, el geoide es la extensión natural de la superficiedel nivel medio del mar bajo las masas terrestres. Se puede ilustrar esta ideaal cavar una trinchera imaginaria que cruce el país (Canadá) uniendo losocéanos Pacifico y Atlántico. Si permitimos que la trinchera se llene con aguade mar, la superficie del agua en la trinchera representa el geoide.http://www.geod.nrcan.gc.ca/edu/geod/geoid/geoid02_e.php, 2012


En Búsqueda del Geoide

El geoide se extiende donde sea y provee un datum común para todos....pero donde está y como lo

encuentro?


•Servicios científicos de la IAG (tomado de Drewes, 2011)

•Dedicados a la geometría de la Tierra:

•International Earth Rotation and Reference System Service, (IERS) http://www.iers.org

•International Doris Service (IDS)•International Doris Service (IDS)http://ids-doris.org

•International Laser Ranging Service (ILRS)http://ilrs.gsfc.nasa.gov/

•International GNSS Service (IGS)http://igscb.jpl.nasa.gov/

•International VLBI Service for Geodesy and Astrometry (IVS)http://ivscc.gsfc.nasa.gov/


•Servicios científicos de la IAG (tomado de Drewes, 2011)

•Dedicados al campo de gravedad de la Tierra:

•International Gravity Field Service (IGFS)http://www.igfs.net/

•Bureau Gravimetric Internacional (BGI)http://bgi.omp.obs-mip.fr/http://bgi.omp.obs-mip.fr/

•International Center for Earth Tides (ICET)http://www.icsu-fags.org/ps04icet.htm

•International Geoid Service (IGeS)http://www.iges.polimi.it/

•International Center for Global Earth Models (ICGEM)http://icgem.gfz-potsdam.de/ICGEM/

•International Digital Earth Models Service (IDEMS)http://www.cse.dmu.ac.uk/EAPRS/iag/


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