Interested Article - Изостазия

Изостазия (изостатическое равновесие) — гидростатически равновесное состояние земной коры , при котором менее плотная земная кора (средняя плотность 2,8 г/см³) «плавает» в более плотном слое верхней мантии — астеносфере (средняя плотность 3,3 г/см³), подчиняясь закону Архимеда . Изостазия не является локальной, то есть в изостатическом равновесии находятся достаточно крупные (100—200 км) блоки.

Теория изостазии возникла в результате первых геофизических наблюдений. После создания Ньютоном теории гравитации начались исследования поля силы тяжести Земли. Возникло предположение, что над горами сила тяжести должна быть больше чем на равнинах или в океане, так как сами горы имеют массу. Однако измерения показали ^{[

источник не указан 950 дней

]} , что в районах с разным рельефом сила тяжести очень близка и горы «ничего не весят». Для объяснения этого противоречия возникло предположение ^{[

источник не указан 950 дней

]} , что под горами расположены огромные пещеры, которые и компенсируют лишнюю массу гор. Однако затем была предложена гипотеза изостазии, ставшая краеугольным камнем всех крупных геодинамических гипотез. Она играла важную роль в теориях геосинклиналей , дрейфа континентов и тектоники плит .

Изостатические модели равновесия коры

Рис. 1. Изостатические модели по Джорджу Эйри (1) и Джону Пратту (2).

Изостатические модели были предложены в 1855 году Дж. Эйри и (англ.) ( , сам термин изостазия был введён в литературу (англ.) ( в 1889 г.

Модель Эйри . Эйри исходил из предположения об однородной плотности коры, что для компенсации возвышений рельефа земной коры, например, горных хребтов высотой 5—7 км, подошва земной коры под возвышениями должна погрузиться в мантию на глубину, пропорциональную величине возвышения. Следствием такой модели является появление «корней» гор (компенсационной массы). Чем выше горы, тем «корень» больше, и его величина должна в несколько раз превосходить высоту горного хребта над уровнем моря (см. Рис. 1.1). Изостатическая (компенсационная) поверхность в данной модели представляет собой поверхность, прилегающую снизу к компенсационной массе, то есть поверхность, на которой давление в мантии равно весу вышележащей коры.
Модель Пратта . В модели Пратта подошва земной коры является плоской и компенсация осуществляется за счёт различной плотности блоков земной коры, то есть в блоках, образующих горные хребты плотность коры должна быть ниже, чем в блоках впадин (см. Рис. 1.2).
Модель Венинг — Мейнеса предполагает, что земная кора представляет собой упругую пластину, которая прогибается от своего веса. То есть она не разбита на отдельные части, а является единым целым.

Современные экспериментальные данные показывают ^{[

источник не указан 950 дней

]} как наличие вариаций плотности коры в горизонтальном направлении, так и прогибов поверхности Мохоровичича , коррелирующих с рельефом, то есть изостатическое равновесие обеспечивается сочетанием моделей Эйри и Пратта.

Нарушения и проявления изостазии

Рис.2. Образование атолла при погружении вулкана (по Чарльзу Дарвину )

Важнейшим доказательством изостазии является отсутствие связи между рельефом и силой тяжести.

Однако в некоторых районах Земли наблюдаются значительные отклонения от принципа изостазии. Так над зонами субдукции всегда наблюдаются отрицательные гравитационные аномалии. Причина этого в том, что при погружении движущейся океанической коры под континент или островную дугу равновесное положение блоков не устанавливается. Аналогичные явления наблюдаются в зоне коллизии континентов.

Другой интересный пример действия изостазии показывают крупные вулканические острова в океанах. Такие вулканы за относительно короткий промежуток времени могут извергать огромный объем магмы , который значительно нагружает океаническую кору, вследствие чего она начинает пригибаться. Поэтому древние неактивные вулканы типа гавайских постепенно погружаются под воду и, по мере роста коралловых рифов на подводных склонах превращаются в кольцевые коралловые атоллы (см. Рис.2).

Другие отклонения связаны с покровными ледниками , которые появляются и исчезают быстрее, чем устанавливается изостатическое равновесие.

Примером восстановления изостатического равновесия в последнем случае являются гляциоизостатические явления , то есть быстрые поднятия обширных участков земной коры при таянии континентальных ледников после окончания ледниковых периодов . Наиболее известными примерами гляциоизостазические явлении являются сводообразное поднятие территории Фенноскандии, Карелии и Кольского полуострова после отступления ледников. Величина поднятия в центре составила 250 м, убывая к периферии до нуля. Скорость поднятия непосредственно после разгрузки составила 10-13 см/год, упав к настоящему времени до ~1 см/год. Аналогичная картина наблюдается и на американском континенте, где послеледниковое поднятие Канады оценивается в ~300 м, а современная скорость поднятия составляет ~1 см/год.