Изостазия

Теория изостазии основывается на факте, что гористый рельеф не создает локального возрастания силы тяжести в такой мере значительного, каким оно должно было бы быть, если бы горные породы по всей вертикали имели постоянную плотность. Отсюда вывод — под горами существуют области с относительно низкой плотностью по сравнению с областями, расположенными под равнинами и особенно под океанами. Эти различия плотности могут зависеть лишь от природы горных пород, причем основные породы более тяжелые. Важное следствие: перемещению вещества на поверхность Земли в течение геологического времени в результате эрозии, седиментации и тангенциальных орогенических движений должна соответствовать для восстановления равновесия перестройка в наиболее глубинной зоне. Это равновесие называется изостазией.

Другой способ представить себе этот факт состоит в следующем. Расчет коррекции измерений силы тяжести, называемой «коррекцией на свободный воздух», состоит в мысленном сглаживании до уровня геоида выступов и впадин, сохраняя на вертикалях соответствующие массы и исправляя, измерения, сводя их к тем, которые были бы на этом уровне. Тогда устанавливается, что полученные величины близки к тем, которые соответствовали бы теоретическому земному шару в форме эллипсоида, который используется геодезистами. Вместе с Ж. Гогелем можно сказать: «Факт, что аномалия свободного воздуха является слабой и имеет различный знак, равноценен тому, что поле силы тяжести Земли, увиденной с высоты 20—100 км, было бы довольно правильным и не проявляло бы корреляции с рельефом, даже если учитывать контраст континентальных блоков и океанов. Так как, однако, рельеф существует, нужно, чтобы его действие было компенсировано и это может быть лишь путем колебания плотности на глубине самое большее в несколько десятков километров».

Рассмотрение измерений силы тяжести, вносящих коррекции, учитывающие локальные и регулярные неоднородности коры, позволяет думать, что компенсация происходит выше какой-то поверхности на постоянной глубине под геоидом, называемой «поверхностью компенсации». Перестройка, поддерживающая это равновесие коры, должна происходить в среде с низкой жесткостью, в так называемой астеносфере. На поверхности компенсации давление, производимое весом, по-видимому, является одинаковым во всех пунктах: в этом состоит теория изостазии. Выше этой поверхности равновесие является архимедовским.

Глубина поверхности компенсации, совместимая с измерениями силы тяжести, могла бы быть в несколько десятков километров; но она неопределима непосредственно путем геодезических расчетов. Сначала считалось, что верхняя поверхность среды, допускающей выравнивание, совпадает с основанием коры, т. е. с Мохо. В этой точке зрения поверхность компенсации является касательной к коре в наиболее глубоких точках ее основания. Ж. Гогель отметил, что уменьшение необходимой жесткости, упомянутой выше, могло бы иметь отношение к долгосрочной жесткости, что не находится в противоречии с резким (или, скорее, быстрым) повышением мгновенной жесткости при переходе из коры в мантию, пересекая Moxo. Однако самые последние данные сейсмологии теперь ориентируют исследователей на другую точку зрения, понижая поверхность компенсации внутрь мантии. «Геофизики стремятся расположить горизонт, вязкость которого позволяет длительные горизонтальные перемещения плит (коры) или астеносферы там, где сейсмологи не без труда смогли выявить минимум скорости сейсмических волн, на глубине, может быть, переменной и плохо определимой, порядка от 75 до 150 км». Именно на этот уровень помещается основание литосферы или «зоны горных пород», которая, таким образом, вероятно, включает кору и верхнюю часть мантии.