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。按照萬有引力定律，地球各處的重力加速度應該相等。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。
 
　　關聯(lián)
 
　　地球的重力場是重力勢的梯度，可以通過重力測量、天文大地測量和觀測人造地球衛(wèi)星軌道的擾動來求得。由于重力均衡作用，重力場可以反映地幔以及地殼、地幔邊界的起伏狀況，稱之為地殼均衡。地殼均衡既不是一種力，也不是一個過程，它是地殼各部分之間建立一種平衡狀態(tài)的普遍趨勢。地殼對重力作用的適應總是與密度更大的塑性地幔有相當大的關聯(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。
 
　　實例
 
　　例如：第四紀以來，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，每建一個大型水庫就會誘發(fā)無數(shù)次小型地震。這都說明地殼有傾向靜態(tài)平衡的趨勢。
 
　　作用空間
 
　　地球重力作用的空間。在地球重力場中，每一點所受的重力的大小和方向只同該點的位置有關。和其他力場(如磁場、電場)一樣，地球重力場也有重力、重力線、重力位和等位面等要素。研究地球重力場，就是研究這些要素的物理特征和數(shù)學表達式，并以重力位理論為基礎，將地球重力場分解成正常重力場和異常重力場兩部分進行研究。研究地球重力場，在大地測量學中可用以推求平均地球橢球的形狀，建立國家大地網(wǎng)和國家水準網(wǎng);在空間科學中用以確定空間飛行器受地球引力場作用的軌道改正;在固體地球物理學中用以研究地球內(nèi)部結構及資源分布。通常把這些研究地球重力場的內(nèi)容稱為重力學。
 
　　理論
 
　　地球重力位理論 　研究地球重力場的數(shù)學理論基礎。
 
　　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P 的空間坐標的標量函數(shù)，它的梯度是重力，即：g=墷W，重力位對某一方向的導數(shù)就等于重力在這個方向上的分量，即：地球外部一點的引力位滿足拉普拉斯方程：，所以地球外部的引力位可以用球諧函數(shù)展開式來表達。
 
　　地球內(nèi)部一點的引力位滿足泊松方程：墷2V=-4πGσ，式中σ 為地球密度。
 
　　重力位是坐標的函數(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 為球面坐標系內(nèi)的坐標;C 為常數(shù)。此曲面稱為重力等位面。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，所以在地球重力場中存在著一簇重力等位面。在任一個重力等位面上，每一點的法線(即垂線)就是重力方向，所以物體沿重力等位面運動，重力不做功。兩相鄰水準面之間的重力位差處處相等，這種位差就是一水準面上各點的重力值與其至相鄰水準面的垂直距離的乘積。同一水準面上各點的重力值一般從赤道向兩極增大，因而這些點至相鄰水準面的垂直距離由赤道向兩極逐漸減小，也就是相鄰兩水準面之間互不平行。重力等位面又稱水準面，其中同理想的平均海面相重合、并延伸到整個地球大陸內(nèi)部的水準面稱為大地水準面。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面之間互不平行;又由于重力位是坐標的單值函數(shù)，所以兩相鄰水準面不能相交。水準面是一個封閉曲面。在地球重力場中的重力線是垂直穿過各重力等位面的空間曲線(圖2)。重力場中某一點的重力方向就是這點重力線的切線方向。
 
　　地球正常重力場
 
　　由于地球內(nèi)部質(zhì)量分布的不規(guī)則性，致使地球重力場不是一個按簡單規(guī)律變化的力場。但從總的趨勢看，地球非常接近于一個旋轉(zhuǎn)橢球，因此可將實際地球規(guī)則化，稱為正常地球，同它相應的地球重力場稱為正常重力場。它的重力位稱為正常位U，重力稱為正常重力γ0。在正常重力場中也有一簇正常位水準面，它們都是扁球面。某點的正常重力方向是正常重力場重力線的切線方向。
 
　　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)級數(shù)，取其頭幾個偶階項作為正常位，并根據(jù)正常位求得正常重力，同它相應的正常地球是一個扁球，稱為水準扁球。它的表面是一個正常位水準面。由于正常位是表示為級數(shù)形式的，所以隨著選取的項數(shù)不同，扁球形狀相應有所改變。
 
　　另一種選取正常重力場的方法是斯托克斯方法。先假設正常位水準面的形狀是一個精確的旋轉(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。相應的正常地球就是表面為正常位水準面的旋轉(zhuǎn)橢球，即水準橢球。
 
　　模型
 
　　以球諧函數(shù)級數(shù)形式表示的地球引力位為：式中ρ、θ、λ 分別為地球重力場中計算點的地心矢徑、極距和經(jīng)度;Cnm和Snm為引力位球諧函數(shù)系數(shù)，簡稱位系數(shù)。當m=0時稱為帶諧系數(shù)，當m=n時稱為扇諧系數(shù)，當m厵n 時稱為田諧系數(shù)(扇諧系數(shù)和田諧系數(shù)有時也統(tǒng)稱為田諧系數(shù))，它們是引力位的主要參數(shù);Pnm(cosθ)稱為勒讓德函數(shù)，n稱為階(或次)，m稱為級，當n在某一定值情況下，m由0變化到n，稱為完整階級。引力位球諧函數(shù)級數(shù)式中的第一項表示質(zhì)量為 M的均質(zhì)球體的引力位，求和符號中各項為地球形狀和質(zhì)量分布不同于均質(zhì)球體而對球體引力位的增減部分。要細微地表達地球引力位，必須精確地推求出位系數(shù)Cnm和Snm。從概念上說，n應趨向無窮大，但實際上是辦不到的。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年國際上已能推求出n=180的完整階級的位系數(shù)，但公認n在36階級內(nèi)的位系數(shù)較可靠。
 
　　由一組位系數(shù)可以表達相應的地球重力場，稱為地球重力場模型。由于推算位系數(shù)時所采用的資料類型和數(shù)量不同，所以有不同的地球重力場模型。表中所列是近年來發(fā)表的主要地球重力場模型。　地球重力場與地球內(nèi)部構造 　根據(jù)全球重力測量和衛(wèi)星大地測量的結果，可以確定地球的總質(zhì)量和地球的平均密度;配合天文測量結果，可以求出地球繞其自轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量;根據(jù)地面上大范圍甚至全球范圍的重力測量結果，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。
 
　　重力勘探是重力學原理在勘探地下資源方面的應用。若某些地質(zhì)構造或礦藏與其圍巖在密度上有差異，則地面上的重力場在小范圍內(nèi)會發(fā)生局部變化。根據(jù)地面上局部重力場的變化規(guī)律，反演某些地質(zhì)構造和礦藏的位置及其范圍，是重力勘探的基本內(nèi)容。近年來由于生產(chǎn)上的需要，重力測量精度的提高和電子計算機的采用，重力勘探獲得了迅速的發(fā)展。