Тяготение – это взаимное притяжение тел, сила которого зависит от масс тел и их взаимного расположения. Сила притяжения, с которой действует Земля на окружающие тела, пропорциональна массе Земли и уменьшается по мере удаления от земной поверхности. Тяготение определяет почти все происходящие на Земле процессы эрозии. Дождь идет под действием силы тяжести; под влиянием этой силы движутся потоки, реки и ледники и уплотняются осадки.

Вращение Земли, ее фигура и уровень моря

Вращение Земли создает центробежную силу, которая максимальна на экваторе, вследствие чего у экватора наша планета слегка вздута, а у полюсов сплющена. Это делает экваториальный диаметр Земли на 43 км длиннее полярного.
Средним уровнем моря считается его уровень между приливом и отливом, он принимается за базисный при измерении высот. Совокупность всех точек среднего уровня образует условную поверхность, называемую геоидом. Геоид не является правильной поверхностью, так как гравитационное поле не везде одинаково и зависит от пород, слагающих земную кору. Крупное рудное тело или горная цепь отклоняют линию отвеса от центра Земли, и поэтому форму геоида определяют путем непосредственных измерений тяготения на суше или расчетными методами – на море.
Ныне для всесторонних исследований геоида широко используются измерения возмущений орбит искусственных спутников Земли. Форма геоида определяется по отклонению от эллипсоида, служащего вспомогательной математической поверхностью, построенной с помощью геодезических измерений, и получившего название «эллипсоид Красовского» или «референц-эллипсоид». Он менее всего отклоняется от фигуры геоида. При построении его в качестве нулевой отметки принимается средний уровень Земли, включающий и сушу и море, тем самым вершины гор оказываются выше, а отметки дна океанов – ниже поверхности этого эллипсоида.

Изостатическое равновесие

При тригонометрической съемке Индии, которая проводилась в XIX в., обнаружилось, что местоположение некоторых станций, определенное астрономическими методами, не совпадает с данными наземной триангуляции, при которой не учитывалось боковое притяжение к северу со стороны Гималаев. Масса Гималаев оказывала на массу отвеса гравитационное воздействие, которое вызвало расхождение в определении координат, достигавшее 91,5 м. Это дало основания Дж. Г. Пратту и Г. Б. Эйри предположить, что континенты состоят из более легкого материала, плавающего на более плотном основании. Пратт считал, что разница в высоте гор зависит от плотности слагающих их пород, в то время как уровень основании, на котором они плавают, всюду одинаков; по мнению Эйри, высота гор связана с различной толщиной блоков земной коры, которые имеют одинаковую плотность, но плавают на разных глубинах. В настоящее время большинство ученых разделяют последнюю гипотезу.
Гипотезу Эйри можно сформулировать и иначе: более легкая земная кора в состоянии изостатического равновесия как бы плавает в более плотном, но несколько более пластичном подкоровом слое мантии, подобно пробке на воде. Всякая дополнительная нагрузка вызывает прогибание коры. При снятии нагрузки, например при таянии льда или вследствие эрозии, кора поднимается кверху, стремясь вновь достичь состояния изостатического равновесия. Так, часть территории Норвегии и Швеции до сих пор поднимается после того, как 10 тыс. лет назад растаяли мощные плейстоценовые покровные ледники. Согласно существующим оценкам, кора здесь должна будет подняться еще на 213 м, прежде чем восстановится равновесие. Одновременно с поднятием Скандинавии происходит опускание побережья Нидерландов и частично Дании, поскольку мантийный материал, образующий восходящий поток под Скандинавией, втягивается туда из-под их территории.
Изостатическое равновесие поддерживается благодаря изменению глубины залегания нижней границы коры, и ученые показали, что каждая горная цепь имеет глубокий корень, погруженный в мантию. Напротив, под океанами располагается лишь тонкий слой коры.

Аномалии в гравитационном поле

Горные породы, сильно отличающиеся по своей массе от пород, развитых на окружающей территории, вызывают слабые отклонения, или аномалии, местного гравитационного поля, что позволяет выявлять их с помощью гравиметров. Гравиметры способны обнаруживать ничтожные отклонения в 1·10^-6 г. Так, гравиметрические съемки показывают, что крупные соляные купола вблизи земной поверхности (часто связанные с залежами нефти и газа) выделяются в виде отрицательных аномалий; имеется дефицит массы, поскольку соль легче других пород. В то же время рудное тело с высокой плотностью проявляется в виде положительной гравитационной аномалии – имеет избыток массы. При съемках гравитационного поля Земли в полученные значения силы тяжести вносятся соответствующие поправки, исключающие влияние географической широты, абсолютной высоты местности и массы материала, заключенного в интервале высот между точкой наблюдения и уровнем моря или самым низким доступным уровнем. Последняя поправка называется поправкой или коррекцией Буге, а полученная после введения такой поправки карта – картой аномалии Буге. С помощью карты Буге определяют возможное положение и размеры промышленных залежей руд и нефти.