Изостатическое равновесие

Общая посылка:Земная кора находится в состоянии равновесия по отношению к несущей ее мантии. Точнее – она стремится быть в равновесии, несмотря на постоянно нарушающие его процессы развития Земли: тектоника, осадко- и "ледо-" образования. Иными словами, как в случае плавающих полей льда избыток масс над поверхностью геоида должен быть компенсирован "необходимым" дефектом под нею.

Это подтверждается тем, что гравитационные аномалии "отражают" рельеф гораздо меньше, чем это следовало бы при нескомпенсированном наличии избыточных масс (в горных районах). Казалось бы, над горами должны быть большие положительные аномалии (gв свободном воздухе), а над океаническими впадинами – отрицательные. Однако, над океанами (независимо от рельефа их дна), как правило, нет значительных аномалий. Они колеблются в пределах ±(10 – 50) мГл.

Над горами же, хотя они и положительны, однако значительно меньше тех, которые могли бы вызвать горы. Только в областях молодой, еще не скомпенсированной складчатости гравитационные аномалии могут оказаться резко положительными. Это видно из "средних" картин поведения по Земле аномалий в свободном воздухе и Буге (сюда попадают и океанические желоба).

Действительно, расчет поправки Буге указывает на гораздо большие значения, чем дает gв свободном воздухе, т.е. без учета промежуточных масс.

Современные сведения о строении земной коры: мощность ее под континентами и особенно горами больше, чем во впадинах (особенно – океанических), – хорошо согласуются с гипотезой изостазии.

Согласно гипотезе изостазии, земная кора, подобно ледяным полям в океане, «плавает» в более плотной мантии и «выступает» над поверхностью геоида тем сильней, чем больше ее мощность в том или ином месте.

Эта гипотеза опиралась на экспериментальные данные о том, что притяжение горного массива Гималаев оказалось меньше расчетного. Так, определяя уклонение отвесной линии в районе Гималаев, Пратт для пунктаДимаргидполучил теоретически 27″,9, а намерил только 5″,2.

Расчетные схемы изостазии были высказаны одновременно Праттом и Эри.

Согласно Пратту, земная кора состоит из блоков (100-200 км диаметром, не менее) различной плотности, таких, что произведение плотности на мощность – одинаковое для всех блоков. Тогда можно принять, что стояна общей поверхностиSна глубинеT(считая от уровня моря), они создают одинаковое давление наSпо всей Земле. ПоверхностьS– называется поверхностью компенсации,T– глубина компенсации.

Естественно, что менееплотные блоки, имея большую мощность, выше выступают над уровнем геоида и, значит, чем выше элемент рельефа, тем больший дефект массы под ним.

По Пратту:

Для суши:

Для моря:

– плотность земной коры;T– глубина компенсации;H– высота блока над уровнем моря;P– глубина моря; 1,03 – плотность морской воды.

Ясно, что образ коры здесь довольно нефизичен, в частности – в допущении единой поверхности компенсации.

Более приемлемая версия – схема Эри. В ней блоки – одинаковой плотности и разной высоты. (Это более чистая реализация плавающих льдов). Именно из этой схемы родилось представление о "корнях" гор, поскольку более высокие блоки сильнее выступают и вверх и вниз.

Схема Эри может быть сведена к схеме Пратта, если по глубине Tнаиболее высокого блока задаться гипотетической поверхностью компенсацииSи каждый блок "дополнять" недостающей до нее частью с плотностью уже самой мантийной субстанции.

Как эти, так и более поздние схемы обычно совсем не учитывают сил сцепления между блоками, считая их свободными в вертикальных движениях. Однако это несущественно, если рассматривать изостазию не как реальное состояние коры, а "идеал", стремление к которому обусловливает ее развитие.

Современные знания заставляют признать изостазию безусловно существующей.

По современным представлениям, изостатическое равновесие в среднем осуществляется на ~ 63 % по схеме Эри и на ~ 37 % по схеме Пратта.