Кіріспе

Жер қыртысы мен мантия арасындағы гравитациялық тепе-теңдік жағдайы. Изостазия (грекше ísos 'тең', stásis 'тұру') немесе изостазиялық тепе-теңдік – Жер қыртысы (немесе литосфера) мен мантия арасындағы гравитациялық тепе-теңдік күйі, онда қыртыс қалыңдығы мен тығыздығына байланысты белгілі бір биіктікте "қалқып" тұрады. Бұл ұғым Жер бетінде әртүрлі топографиялық биіктіктердің қалай пайда болатынын түсіндіру үшін қолданылады. Алғашқыда континенттік қыртыс пен мантияға қатысты анықталғанмен, кейіннен литосфера мен астеносфераға қатысты да түсіндірілді, әсіресе Гавай аралдары сияқты мұхиттық аралдардағы жанартауларға байланысты. Жер – түрлі жүктемелерге әртүрлі жауап беретін динамикалық жүйе болғанымен, изостазия қыртыс пен мантияның статикалық тепе-теңдікте болатын маңызды жағдайын көрсетеді. Кейбір аймақтар (мысалы, Гималай және басқа да конвергенттік шекаралар) изостазиялық тепе-теңдікте болмайды және изостазиялық модельдермен толық сипатталмайды. "Изостазия" терминін 1882 жылы американ геологы Кларенс Даттон енгізген.

Тұжырымдаманың тарихы

17-18 ғасырларда француз геодезистері (мысалы, Жан Пикард) әртүрлі ендіктердегі ендіктің градусының ұзындығын өлшеу арқылы Жердің (геоид) пішінін анықтауға тырысты. Эквадорда жұмыс істейтін экспедиция, тік бағытты анықтау үшін қолданылатын тік сызықтарының, жақын жердегі Анд тауларының гравитациялық тартылысынан ауытқитынын білген. Дегенмен, ауытқу күтілгеннен аз болды, бұл таулардың массасын теңгеріп тұратын, тығыздығы төмен тамырларының болуымен түсіндірілді. Яғни, таудың тығыздығы төмен тамырлары, айналадағы жер бетінен жоғары көтерілген таулардың салмағын ұстап тұруға мүмкіндік берді. 19 ғасырда Үндістанда британдық геодезистер жасаған ұқсас байқаулар, бұл құбылыстың таулы аймақтарда кең таралғанын көрсетті. Кейіннен, өлшенген жергілікті гравитациялық өріс пен биіктік және жергілікті жер бедері үшін күтілетін аралықтың (Бугер аномалиясы) мұхит алаптарында оң, ал континенттік биік аймақтарда теріс екендігі анықталды. Бұл мұхит алаптарының төмен жатқандығы мен континенттердің биік жатқандығының тереңде де өтелетінін көрсетеді. Америка геологы Кларенс Даттон 1889 жылы осы жалпы құбылысты сипаттау үшін «изостазия» терминін қолданды. Бұл концепция 1950 жылдары голланд геодезисі Венинг-Мейнез тарапынан одан әрі дамытылды. Изостатикалық серпілу жылдамдығын (қабықтың жүктемесі өзгергеннен кейін изостатикалық тепе-теңдікке оралу) өлшеу, жоғарғы мантияның тұтқырлығы туралы мәліметтер береді.

Ауалы

Модельдің негізі – Паскаль заңы, әсіресе оның салдары, яғни статикалық тепе-теңдіктегі сұйықтықтағы гидростатикалық қысым бірдей биіктіктегі (гидростатикалық өтемақы бетіндегі) барлық нүктеде бірдей болады. Пратт моделінде бұл – барлық тау жыныстарының тығыздығы бірдей болатын тереңдік; осы тереңдіктен жоғарырақ жерлерде топографиялық биіктік артаған сайын тығыздық төмендейді.

Салынған және эрозия

Белгілі бір аймаққа көп мөлшерде шөгінді жиналса, жаңа шөгінділердің зор салмағы төмендегі қыртыстың шөгуіне себеп болуы мүмкін. Сол сияқты, егер бір аймақтан көп мөлшерде материал эрозияға ұшыраса, жер көтеріліп, орнын толтыруы мүмкін. Сондықтан, тау тізбегі эрозияға ұшырағанда, (кеміген) тізбек белгілі бір деңгейде жоғары көтеріліп, одан әрі эрозияға ұшырайды. Қазір жер бетінде көрінетін кейбір тау жыныстары өз тарихының көп бөлігін басқа қабаттардың астында, тереңде жатырған болуы мүмкін, содан кейін басқа қабаттар эрозияға ұшырап, төменгі қабаттар жоғары көтерілген кезде олар ашыққа шығады. Бұл мұзды тауға ұқсас, ол әрдайым су бетінен төмен белгілі бір мөлшерде жүзіп отырады. Егер мұзды таудың үстіне қар жиналса, мұзды тау суда тереңірек батып кетеді. Егер мұзды таудың үстінен бір қабат мұз ерісе, қалған мұзды тау көтеріледі. Сол сияқты, Жердің литосферасы астеносферада "жүзеді".

Континенттік соқтығысулар

Континенттер соқтығысқанда, соқтығысу кезінде континенттік қабық өзінің шеттерінде қалыңдауы мүмкін. Сондай-ақ, бір тақтаның екінші тақтаның астына ығысуы жиі кездеседі. Соның салдарынан, соқтығысу аймағындағы қабық қалыңдығы орташа континенттік қабыққа қарағанда едәуір артады. Жоғарыда айтылғандай, Эйри гипотезасы бойынша, пайда болатын тау түбірлері таулардың биіктігінен бес есе терең болуы керек, яғни 32 км, ал орташа биіктік 8 км. Яғни, қалыңдаған қабықтың көп бөлігі жоғары көтерілмей, төмен қарай жылжиды, дәл сияқты мұз тауының көп бөлігі су бетінің астында болады. Дегенмен, конвергентті тақталардың жиектері тектоникалық тұрғыдан өте белсенді, ал олардың жер бетіндегі пішіндері динамикалық көлденең кернеулермен ішінара демеліп тұрады, сондықтан олар толық изостатикалық тепе-теңдікте болмайды. Осы аймақтар Жер бетіндегі ең жоғары изостатикалық аномалияларды көрсетеді.

Орта мұхит қырқалары

Орта мұхит қыртыстары Пратт гипотезасы бойынша жоғарғы мантиядағы ерекше төмен тығыздық аймақтарының үстінде орналасқандығымен түсіндіріледі. Бұл қыртыстар астындағы жоғары температураның салдарынан болатын жылулық кеңеюді көрсетеді.

Бассейн және алқап

Солтүстік Американың батысындағы Бассейн және Жота аймағында, Тынық мұхитының жағалауына жақын жерлерді есептемегенде, изостатикалық аномалия шағын, бұл аймақ көбінесе изостатикалық тепе-теңдікке жақын екенін көрсетеді. Дегенмен, жер қыртысының төменгі шегінің тереңдігі жер бетінің биіктігімен тығыз байланысты емес. Бұл (Пратт гипотезасы бойынша) аймақтың жоғары мантиясы біртекті емес екендігін, тығыздықта айтарлықтай көлденең өзгерістер бар екендігін көрсетеді.

Мұздықтар

Мұз қаптамаларының пайда болуы Жер бетінің шөгуіне әкелуі мүмкін. Керісінше, мұздықтан кейінгі изостатикалық серпілу Балтық теңізі және Гудзон шығанағы сияқты, бұрын мұзбен жабылған, қазір еріген аймақтарда байқалады. Мұздың шегінуі литосфера мен астеносфераға түсетін жүктемені азайтады, олар тепе-теңдік деңгейіне қайта оралады. Осылайша, бұрынғы теңіз жартастары мен қазіргі теңіз деңгейінен жүздеген метр биіктіктегі толқынмен ойылған платформаларды табуға болады. Серпілу қозғалысы өте баяу болғандықтан, соңғы мұз дәуірінің аяқталуынан туындаған көтерілу әлі де жалғасуда. Жер мен теңіздің тік қозғалысынан өзге, Жердің изостатикалық бейімделуі көлденең қозғалыстарды да қамтиды. Бұл Жердің гравитациялық өрісі мен айналу жылдамдығының өзгеруіне, полюстік қабыну мен жер сілкіністеріне себеп болуы мүмкін.

Литосфера-астеносфера шекарасы

Изостазия гипотезасы литосфера мен астеносфераның шекарасының (LAB) орнын анықтау үшін көбінесе пайдаланылады.