地球?qū)Ρ砻嫖矬w具有吸引力，重力加速度是度量地球重力大小的物理量。按照萬(wàn)有引力定律，地球各處的重力加速度應(yīng)該相等。但是由于地球的自轉(zhuǎn)和地球形狀的不規(guī)則，造成各處的重力加速度有所差異，與海拔高度、緯度以及地殼成分、地幔深度密切相關(guān)。
 
　　關(guān)聯(lián)
 
　　地球的重力場(chǎng)是重力勢(shì)的梯度，可以通過(guò)重力測(cè)量、天文大地測(cè)量和觀測(cè)人造地球衛(wèi)星軌道的擾動(dòng)來(lái)求得。由于重力均衡作用，重力場(chǎng)可以反映地幔以及地殼、地幔邊界的起伏狀況，稱(chēng)之為地殼均衡。地殼均衡既不是一種力，也不是一個(gè)過(guò)程，它是地殼各部分之間建立一種平衡狀態(tài)的普遍趨勢(shì)。地殼對(duì)重力作用的適應(yīng)總是與密度更大的塑性地幔有相當(dāng)大的關(guān)聯(lián)。地殼單位體積內(nèi)物質(zhì)質(zhì)量越大，沉陷在地幔里的部分也就越深，高原和高山的地殼就要比平原和盆地更深地陷入地幔。
 
　　實(shí)例
 
　　例如：第四紀(jì)以來(lái)，隨著冰期中形成的冰蓋消融，重量減輕，斯勘的納維亞半島一直在緩慢上升，每建一個(gè)大型水庫(kù)就會(huì)誘發(fā)無(wú)數(shù)次小型地震。這都說(shuō)明地殼有傾向靜態(tài)平衡的趨勢(shì)。
 
　　作用空間
 
　　地球重力作用的空間。在地球重力場(chǎng)中，每一點(diǎn)所受的重力的大小和方向只同該點(diǎn)的位置有關(guān)。和其他力場(chǎng)(如磁場(chǎng)、電場(chǎng))一樣，地球重力場(chǎng)也有重力、重力線、重力位和等位面等要素。研究地球重力場(chǎng)，就是研究這些要素的物理特征和數(shù)學(xué)表達(dá)式，并以重力位理論為基礎(chǔ)，將地球重力場(chǎng)分解成正常重力場(chǎng)和異常重力場(chǎng)兩部分進(jìn)行研究。研究地球重力場(chǎng)，在大地測(cè)量學(xué)中可用以推求平均地球橢球的形狀，建立國(guó)家大地網(wǎng)和國(guó)家水準(zhǔn)網(wǎng);在空間科學(xué)中用以確定空間飛行器受地球引力場(chǎng)作用的軌道改正;在固體地球物理學(xué)中用以研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)及資源分布。通常把這些研究地球重力場(chǎng)的內(nèi)容稱(chēng)為重力學(xué)。
 
　　理論
 
　　地球重力位理論 　研究地球重力場(chǎng)的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)。
 
　　重力位
 
　　定義
 
　　地球重力位由地球質(zhì)量引起的引力位和地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力位兩部分組成。
 
　　特性
 
　　重力位是點(diǎn)P 的空間坐標(biāo)的標(biāo)量函數(shù)，它的梯度是重力，即：g=墷W，重力位對(duì)某一方向的導(dǎo)數(shù)就等于重力在這個(gè)方向上的分量，即：地球外部一點(diǎn)的引力位滿(mǎn)足拉普拉斯方程：，所以地球外部的引力位可以用球諧函數(shù)展開(kāi)式來(lái)表達(dá)。
 
　　地球內(nèi)部一點(diǎn)的引力位滿(mǎn)足泊松方程：墷2V=-4πGσ，式中σ 為地球密度。
 
　　重力位是坐標(biāo)的函數(shù)。若在某曲面上重力位處處相等，則有：W(ρ，θ，λ)=C，式中 ρ、θ、λ 為球面坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo);C 為常數(shù)。此曲面稱(chēng)為重力等位面。在上式中如給定不同的常數(shù)C，則得到不同的重力等位面，所以在地球重力場(chǎng)中存在著一簇重力等位面。在任一個(gè)重力等位面上，每一點(diǎn)的法線(即垂線)就是重力方向，所以物體沿重力等位面運(yùn)動(dòng)，重力不做功。兩相鄰水準(zhǔn)面之間的重力位差處處相等，這種位差就是一水準(zhǔn)面上各點(diǎn)的重力值與其至相鄰水準(zhǔn)面的垂直距離的乘積。同一水準(zhǔn)面上各點(diǎn)的重力值一般從赤道向兩極增大，因而這些點(diǎn)至相鄰水準(zhǔn)面的垂直距離由赤道向兩極逐漸減小，也就是相鄰兩水準(zhǔn)面之間互不平行。重力等位面又稱(chēng)水準(zhǔn)面，其中同理想的平均海面相重合、并延伸到整個(gè)地球大陸內(nèi)部的水準(zhǔn)面稱(chēng)為大地水準(zhǔn)面。又由于地球內(nèi)部質(zhì)量分布不規(guī)則，致使任意兩相鄰水準(zhǔn)面之間互不平行;又由于重力位是坐標(biāo)的單值函數(shù)，所以?xún)上噜徦疁?zhǔn)面不能相交。水準(zhǔn)面是一個(gè)封閉曲面。在地球重力場(chǎng)中的重力線是垂直穿過(guò)各重力等位面的空間曲線(圖2)。重力場(chǎng)中某一點(diǎn)的重力方向就是這點(diǎn)重力線的切線方向。
 
　　地球正常重力場(chǎng)
 
　　由于地球內(nèi)部質(zhì)量分布的不規(guī)則性，致使地球重力場(chǎng)不是一個(gè)按簡(jiǎn)單規(guī)律變化的力場(chǎng)。但從總的趨勢(shì)看，地球非常接近于一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球，因此可將實(shí)際地球規(guī)則化，稱(chēng)為正常地球，同它相應(yīng)的地球重力場(chǎng)稱(chēng)為正常重力場(chǎng)。它的重力位稱(chēng)為正常位U，重力稱(chēng)為正常重力γ0。在正常重力場(chǎng)中也有一簇正常位水準(zhǔn)面，它們都是扁球面。某點(diǎn)的正常重力方向是正常重力場(chǎng)重力線的切線方向。
 
　　表示方法
 
　　一種是拉普拉斯方法。將地球引力位表示成球諧函數(shù)級(jí)數(shù)，取其頭幾個(gè)偶階項(xiàng)作為正常位，并根據(jù)正常位求得正常重力，同它相應(yīng)的正常地球是一個(gè)扁球，稱(chēng)為水準(zhǔn)扁球。它的表面是一個(gè)正常位水準(zhǔn)面。由于正常位是表示為級(jí)數(shù)形式的，所以隨著選取的項(xiàng)數(shù)不同，扁球形狀相應(yīng)有所改變。
 
　　另一種選取正常重力場(chǎng)的方法是斯托克斯方法。先假設(shè)正常位水準(zhǔn)面的形狀是一個(gè)精確的旋轉(zhuǎn)橢球，然后根據(jù)地球質(zhì)量M和自轉(zhuǎn)角速度 ω求它的外部重力位和重力。這樣得到的正常位是封閉形式的。相應(yīng)的正常地球就是表面為正常位水準(zhǔn)面的旋轉(zhuǎn)橢球，即水準(zhǔn)橢球。
 
　　模型
 
　　以球諧函數(shù)級(jí)數(shù)形式表示的地球引力位為：式中ρ、θ、λ 分別為地球重力場(chǎng)中計(jì)算點(diǎn)的地心矢徑、極距和經(jīng)度;Cnm和Snm為引力位球諧函數(shù)系數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)位系數(shù)。當(dāng)m=0時(shí)稱(chēng)為帶諧系數(shù)，當(dāng)m=n時(shí)稱(chēng)為扇諧系數(shù)，當(dāng)m厵n 時(shí)稱(chēng)為田諧系數(shù)(扇諧系數(shù)和田諧系數(shù)有時(shí)也統(tǒng)稱(chēng)為田諧系數(shù))，它們是引力位的主要參數(shù);Pnm(cosθ)稱(chēng)為勒讓德函數(shù)，n稱(chēng)為階(或次)，m稱(chēng)為級(jí)，當(dāng)n在某一定值情況下，m由0變化到n，稱(chēng)為完整階級(jí)。引力位球諧函數(shù)級(jí)數(shù)式中的第一項(xiàng)表示質(zhì)量為 M的均質(zhì)球體的引力位，求和符號(hào)中各項(xiàng)為地球形狀和質(zhì)量分布不同于均質(zhì)球體而對(duì)球體引力位的增減部分。要細(xì)微地表達(dá)地球引力位，必須精確地推求出位系數(shù)Cnm和Snm。從概念上說(shuō)，n應(yīng)趨向無(wú)窮大，但實(shí)際上是辦不到的。通常只能確定有限階數(shù)的位系數(shù)，用以近似表示地球引力位。到1983年國(guó)際上已能推求出n=180的完整階級(jí)的位系數(shù)，但公認(rèn)n在36階級(jí)內(nèi)的位系數(shù)較可靠。
 
　　由一組位系數(shù)可以表達(dá)相應(yīng)的地球重力場(chǎng)，稱(chēng)為地球重力場(chǎng)模型。由于推算位系數(shù)時(shí)所采用的資料類(lèi)型和數(shù)量不同，所以有不同的地球重力場(chǎng)模型。表中所列是近年來(lái)發(fā)表的主要地球重力場(chǎng)模型。　地球重力場(chǎng)與地球內(nèi)部構(gòu)造 　根據(jù)全球重力測(cè)量和衛(wèi)星大地測(cè)量的結(jié)果，可以確定地球的總質(zhì)量和地球的平均密度;配合天文測(cè)量結(jié)果，可以求出地球繞其自轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;根據(jù)地面上大范圍甚至全球范圍的重力測(cè)量結(jié)果，可以研究地核-地幔邊界的起伏，地幔-地殼邊界的起伏，地幔中的熱對(duì)流，地殼的均衡狀態(tài)，以及地殼和地幔的橫向不均勻性等。
 
　　重力勘探是重力學(xué)原理在勘探地下資源方面的應(yīng)用。若某些地質(zhì)構(gòu)造或礦藏與其圍巖在密度上有差異，則地面上的重力場(chǎng)在小范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生局部變化。根據(jù)地面上局部重力場(chǎng)的變化規(guī)律，反演某些地質(zhì)構(gòu)造和礦藏的位置及其范圍，是重力勘探的基本內(nèi)容。近年來(lái)由于生產(chǎn)上的需要，重力測(cè)量精度的提高和電子計(jì)算機(jī)的采用，重力勘探獲得了迅速的發(fā)展。