Csapó Géza Ph.D., az ELGI tudományos főmunkatársa

Az első globális (világméretű) gravimetriai referenciarendszer a rövid életű bécsi rendszer (Vienna Gravity System = VGS) volt, ezt 1909-ben a potsdami rendszer váltotta fel. Ebben a rendszerben egyetlen pont biztosította annak referenciaszintjét. Az egyes országok alaphálózati főpontjának nehézségi gyorsulási (“g”) értékét ingaberendezésekkel vezették le a potsdami alappontról. A harmincas-negyvenes években megszaporodott abszolút mérések kimutatták, hogy a rendszer kezdő értéke mintegy 12–16 mGal* értékkel hibás. Végülis 1971-ben a Nemzetközi Geodéziai és Geofizikai Unió (IUGG) XV. konferenciáján Moszkvában elfogadták a ma is használatos, IGSN’71 elnevezésű világméretű referenciarendszert, amely lényegében a Potsdami gravimetriai rendszer hibás kezdőértékének –14,0 mGal-os javítását jelenti [ 1] .

Az IUGG régóta tervezi egy kontinentális méretű, egységes méretarányú gravimetriai hálózat létrehozását Európában. Ennek feltételei mára megvalósultak, mert számos ország rendelkezik egységes méretarányt biztosító és a jelenlegi pontossági követelményeknek megfelelő, hordozható abszolút graviméterrel (AXIS, JILAG, GABL–M, stb.). A globális gravimetriai referenciarendszer pontosítását a geotudományok és a metrológia növekvő igényei tették aktuálissá.

Az “Egységes Európai Gravimetriai Hálózat” (Unified European Gravity Network = UEGN) első változatának kiegyenlítésére 1994-ben került sor (UEGN’94). Létrehozásában 11 nyugat-európai ország vett részt. A hálózat pontkatalógusa 499 bázispont és 54 LCR graviméter paramétereit tartalmazza. A pontok “g” értékeit részben abszolút graviméterekkel, részben LCR relatív graviméterekkel határozták meg a résztvevő országok országos hálózatainak létesítésekor, vagy azok korszerűsítése keretében [2, 3].

A bevezetőben említett egységes, nagyobb területre kiterjedő gravimetriai hálózat létrehozására irányuló törekvés már a hatvanas évek közepén szerepelt a kelet-közép-európai országok geodéziai szolgálatainak korábban létezett együttműködési terveiben is. A hálózat koncepciója nagyon hasonlított a jelenlegi elképzelésekhez. E terv megvalósításának előkészítő munkái során kiderült, hogy ezen országok gravimetriai alaphálózatainak alapszintje esetenként 100¸ 150 µGal értékkel is különbözik. Ekkor kezdődtek azok a hálózat-korszerűsítő munkák, melyek máig folynak, s amelyek eredményeit figyelembe vettük MGH–80 elnevezésű hálózatunk létrehozásakor [4, 5, 6].

Az USA Védelmi Térképész Szolgálata (DMA) 1991–ben elkezdte a WGS–84 referenciaellipszoid pontosítási munkáit Közép-Európában, amely munka keretében Magyarországnak is hathatós segítséget nyújtott egy korszerűbb országos gravimetriai alaphálózat létrehozásában [7, 8].

Az UEGN gyakorlati munkái a kelet-közép-európai országokban a nemzeti hálózatok korszerűsítésével összhangban 1993-ban kezdődtek a Nemzetközi Gravimetriai Bizottság (IGC) és a NATO Geodéziai és Geofizikai Munkacsoportja (GGWG) együttes munkaterve alapján, nemzetközi együttműködésben. Nemzetközi expedíció létrehozására azért volt szükség, mert ezen országok egyike sem rendelkezik abszolút graviméterrel. A magyarországi abszolút méréseket 1993–95 között a DMA AXIS FG5 No. 107 és az osztrák JILAG–6 berendezéssel végezték. A munkákat részben a Magyar-Amerikai Kutatási Alap (MAKA) finanszírozásával a DMA, részben az ELGI és az osztrák Szövetségi Geológiai Hivatal közötti tudományos együttműködési megállapodás alapján az Osztrák Szövetségi Mértékügyi és Felmérési Hivatal (BEV) végezte.

1992-93-ban kétoldalú együttműködésben hálózat-összekapcsoló graviméteres méréseket végeztünk Ausztria és hazánk között. Ez a munka relatív- és abszolút méréseket tartalmazott. A relatív méréseket 4–5 LCR graviméterrel, az abszolút meghatározásokat pedig a JILAG–6 berendezéssel végeztük [9].

1994-ben kezdődött az abszolút állomások relatív graviméterekkel történő összemérése 4 db LCR–G műszerrel, gépkocsival történő műszerszállítással. Az abszolút állomások Magyarországon jelenleg átlagosan 80-100 km távolságban vannak egymástól, ezért az összeméréshez az MGH–80 elnevezésű országos hálózat I. és II. rendű bázispontjait használtuk kötőpontoknak. A munka pénzügyi fedezetét kezdetben az Országos Műszaki Fejlesztési Bizottság biztosította egy elnyert pályázattal. Ezt a munkát a DMA jelenleg is támogatja az intézetnek hosszútávra kölcsönzött két db geodéziai típusú LCR graviméterrel.

A korábbi alaphálózatok (MGH-50 és MGH-80) létrehozásának legfontosabb szempontja az volt, hogy a szakmai intézmények, vállalatok által különböző helyeken és időben, többféle típusú graviméterrel, zömmel nyersanyagkutatás céljából végzett graviméteres mérések eredményeit egységes keretbe lehessen foglalni, a mérésekhez szükséges bázispontok száma elegendő legyen a gazdaságos munkavégzéshez. Új alaphálózatunk korszerű, megbízhatóság szempontjából az egyik legjobb Európában. Alkalmas mind a geotudományok, mind más szakterületek (pl. környezetvédelem, honvédelem) olyan feladatainak megoldásához, amelyek nehézségi gyorsulási adatokat igényelnek – ma már egyre gyakrabban.

A hálózat formálisan a hagyományos szerkezetet követi (nullad- első- és másodrendű hálózat), azonban az I. és II. rendű pontok meghatározása azonos technikával és megbízhatósággal történt, és a hálózatrészek kiegyenlítését is együttesen végeztük [10].

A nulladrendű hálózatrész jelenleg 15 abszolút állomásból áll (átlagosan 6200 km²/pont). Célja egyrészt az országos alaphálózat egységes méretarányának biztosítása és ellenőrzése a pontokon végzett ismétlő meghatározásokkal, másrészt ezek a pontok főpontjai a nagyobb (regionális és kontinentális) hálózatoknak is.

Ezeket a pontokat olyan jelentős építmények legalsó szintjére telepítettük, amelyek fennmaradása és a pontok hozzáférhetősége hosszú időn keresztül biztosítottnak tételezhető fel (várak, kastélyok, stb.). Állandósításuk 120×120×100 cm méretű, padlószintig süllyesztett betontömbökkel történt, melyek felső síklapja közepében sárgaréz gomb/tárcsa rög-

zíti a pont Balti tengerszint feletti magasságát. Ezt az értéket az országos szintezési hálózat 2-3 pontjáról szintezéssel vezettük le 1¸ 5 mm relatív megbízhatósággal. Az állomások földrajzi koordinátáit 1:10 000 méretarányú topográfiai térképekről olvastuk ki ±1 szögmásodperc pontosan. Az abszolút graviméterek referenciamagasságára vonatkozó nehézséggyorsulási értékeket LCR gyártmányú relatív műszerekkel redukáltuk a pontjelre 1,5¸ 3 m Gal megbízhatósággal. Ezen állomások között kiemelt jelentőségű a budapesti, amelyen 1980 óta 2-3 évente végeznek ismétlő méréseket különböző típusú abszolút graviméterekkel, de a többi állomás nagy részén is történt már ismétlő meghatározás. Valamennyi állomáshoz legalább egy, az épületen kívül 80×80×100 cm méretű betontömbbel állandósított - ún. “excenterpont” tartozik, amelyek “g” értékének az abszolút ponthoz képesti megbízhatósága nem rosszabb 5 m Gal-nál. A nulladrendű hálózat pontjainak néhány adatát az I. táblázatban állítottuk össze.

Pontjai a nagyobb távolságban telepített abszolút állomások közötti sűrítést szolgálják, és állandósítási helyük lehetővé teszi repülőgépes műszerszállítással végzett mérések végrehajtását is. Ennek a lehetőségnek nagyobb nemzetközi munkáknál lehet szerepe, jóllehet az ilyen mérések egyre ritkábban fordulnak elő.

Ez a hálózatrész 21 pontból áll, nagyrészt az MGH–80 repülőtéri pontjai. Egymáshoz képesti távolságuk 50¸ 70 km, a pontsűrűség 4400 km²/pont. A pontok földrajzi koordinátáinak meghatározása hasonló volt a nulladrendűeknél ismertetett eljáráshoz. Magasságukat legalább három országos magassági alapponthoz oda-vissza végzett vonalszintezéssel a Budapesti Geodéziai és Térképészeti Vállalat (BGTV) és az ELGI határozta meg 1¸ 10 mm megbízhatósággal.

Pontjainak felhasználási köre kiterjedtebb a magasabbrendű hálózati pontokéinál, mert közvetlenül szolgálják a különféle célú részletméréseket, de gyakran részei lokális mozgásvizsgálati- és vertikális kalibráló vonalaknak, és excenterei lehetnek magasabbrendű hálózati pontoknak is.

A pontok zömét az MGH–80 kiépítésekor, a hetvenes években telepítette az ELGI. Távolságuk a topográfiailag tagoltabb területeken 10-15 km, a síkvidéki országrészeken 15-20 km. Átlagos pontsűrűség: 220 km²/pont. Az elmúlt húsz évben elpusztult néhány tucat pontot folyamatosan újakkal pótoltuk és elvégeztük azok bekötését is az MGH-2000-be. A hálózatban 430 II. rendű pont szerepel.

A vonalpontok rendeltetése a graviméteres mérésekhez alkalmazott relatív műszerek műszerszorzójának, illetve konverziós függvényének rendszeres ellenőrzéséhez szükséges hiteles D g értékek biztosítása.

Mai formáját 1969-től folyamatosan végzett fejlesztésekkel alakította ki az ELGI. A vonal öt abszolút állomásból, három I. és hat II. rendű bázispontból áll. Kalibrálási tartománya 210 mGal (az ország – bázispontok között mért – legnagyobb D g értéke 250 mGal). Az Országos Mérésügyi Hivatal az abszolút pontokat etalonnak minősítette a hazai gravimetriai mérésekhez és kötelezővé tette a kalibráló vonal használatát.

Az egymástól átlagban 30 km távolságban lévő vonalpontok relatív megbízhatósága 8¸ 2 m Gal. A pontok vertikálisgradiens-értékeit is meghatároztuk 4¸ 7 m Gal megbízhatósággal [ 11] .

különleges helyet foglalnak el a magyarországi gravimetriai alaphálózatban, mert azok telepítésénél nem a gravimetria szempontjai voltak elsődlegesek, hanem egyrészt a GPS-technika alkalmazhatósága feltételeinek kielégítése és geológiai megfontolások. Integrált geodéziai hálózat kialakításának lehetősége miatt ezeket a pontokat az eredeti pontjelhez csatlakoztatott megfelelő mérőállvány alkalmazásával alkalmassá tettük arra, hogy rajtuk központos felállítással relatív graviméteres méréseket is lehessen végezni, majd bekapcsoltuk azokat az MGH–2000-be. Tekintettel arra, hogy ezek a pontok általában a gravimetriai szempontból ritkábban felmért domb- és hegyvidéki területeken találhatók, részletmérésekhez éppúgy alkalmazhatóak, mint a II. rendű bázisok.

A korábbi hálózatok és az MGH–2000 kiegyenlítése között alapvető különbségek vannak. A legfontosabb, hogy míg az előzőek potsdami rendszerűek, az új ún. “abszolút” hálózat, mert az abszolút graviméterek mérési eredményei a nehézségi gyorsulás SI-rendszerbeli mértékegységében (ms^–2) adottak. Gyakorlatilag nem kell számolni az egyes berendezések olyan szabályos hibáival, amelyek mértékegységbeli torzulásokat okoznának (a három évente rendszeresen körvizsgálatnak alávetett 15–20 abszolút berendezés 10 m Gal-on belül azonos eredményeket ad a Súly- és Mértékügyi Hivatal sčvresi alappontjain).

A kiegyenlítést kötött hálózat szerint, mátrixortogonalizációs módszerrel, súlyozott mérési eredményekkel végeztük az ún. “dán” iterációs eljárással (a korábbi hálózatoknál az LU dekompenzációs eljárással, egységsúlyú mérési eredményekkel történt a kiegyenlítés). A kiegyenlítés eddig elkészült 1. változatában csak a magyar tulajdonú graviméterekkel végzett mérések eredményeit vettük figyelembe. A kiegyenlítés kényszerei 22 abszolút állomás (15 magyar, 6 szlovák és 1 osztrák) legutoljára meghatározott nehézségi gyorsulási értéke. A kiegyenlítésben 428 ismeretlen (422 pont “g” értéke és 6 graviméter méretarány-tényezője) és 5394 független mérési eredmény szerepel. Független mérési eredményen egy graviméternek valamely kapcsolat méréséből számítható D g értékeinek átlagát értjük. A napi mérések feldolgozásánál árapály, barometrikus, műszermagassági és műszerjárási korrekciót alkalmaztunk. A graviméterek méretarány-tényezőjét a kiegyenlítésből határoztuk meg. A hálózat kiegyenlítés utáni súlyegység középhibája (M₀) = ±14 m Gal, az egyes pontok megbízhatósága (M_i) ± 3¸ 11 m Gal. E hálózatból öt pont már az UEGN 1994. évi első változatában is szerepelt. Ennek alapján összehasonlítottuk a két hálózat alapszintjét (II. táblázat). Ezen összehasonlítás alapján az MGH–2000 alapszintje átlagosan 20 m Gal–lal magasabb.

A Magyarországon 1989-ben bekövetkezett politikai változások egyik következménye a gravimetriai adatok titkosságának megszüntetése volt, ami lehetővé tette a szakterület kutatóinak bekapcsolódását a nemzetközi szakmai szervezetek munkaprogramjaiba. Ennek köszönhetően lehetségessé vált az országos hálózat csatlakoztatása az UEGN–hez.

1. ábra. Az Egységes Európai Gravimetriai Hálózat (UEGN2000) magyarországi hálózatrészének terve

Az országos hálózatból 46 pontot választottunk ki (1. ábra) azoknak a szempontoknak figyelembevételével, amelyeket az UEGN–hez csatlakoztatni kívánó hálózatokkal szemben támasztottak. Az UEGN magyarországi szakasza 15 abszolút állomásból, 9 db I. rendű és 22 db II. rendű bázispontból áll. Elvégeztük a magyarországi szakasz előzetes kiegyenlítését, amelyben 179 pont (a 46 UEGN-pont és a kötőpontok) és 1095 független mérési eredmény szerepelt. A kiegyenlítés kényszerei és az eljárás azonos volt az MGH–2000-nél ismertetettel. Mind a hálózati, mind a pontközéphibák azonosak voltak az MGH–2000 hasonló értékeivel. A kiegyenlítéshez szükséges anyagokat 1999-ben átadtuk az UEGN-programot vezető szervezetnek.

A hálózat korszerűsítése és karbantartása egyrészt a technika gyors fejlődése, másrészt az elkerülhetetlen pontpusztulások miatt folyamatos munkát igényel. A közeljövő feladata az MGH–50 és az új hálózat közötti transzformációs függvény meghatározásához szükséges mérések elvégzése a mintegy 40 azonos bázisponton.

Mind tudományos szempontból, mind a nulladrendű hálózatrész “etalonstátuszának” megtartásához elengedhetetlen az abszolút állomások tízévenkénti újramérése, ami a gyakorlatban évi egy-két eddig létesített állomás “g” értékének ismételt (ellenőrző) meghatározását igényli.

Szükségesnek tartom megjegyezni, hogy amióta megszűnt a nyersanyagkutatás állami finanszírozása, az alaphálózat fejlesztése – az ELGI szempontjából – perifériális kérdéssé vált, ezért az intézetnek juttatott – folyamatosan csökkenő – költségvetési támogatásból erre a témára egyre kevesebbet áldoz. Jóllehet a “Földtörvény” (1996/LXXVI. sz.) az országos alaphálózati munkákat állami alapmunkaként jelöli meg, ebben a témában tevékenységünk lassan ellehetetlenül, és ez távlatilag ezen a szakterületen kivívott nemzetközi megbecsülésünkre is könnyen árnyékot vethet.