Isostasy - Isostasy

Isostasy (Řecký ísos "rovnat se", stásis "standstill") nebo izostatická rovnováha je stav gravitační rovnováha mezi Země je kůra (nebo litosféra ) a plášť takové, že kůra „plave“ v nadmořské výšce, která závisí na jeho tloušťce a hustotě.

Tento koncept se používá k vysvětlení, jak mohou na povrchu Země existovat různé topografické výšky. Isostasy nenarušuje rovnováhu, ale naopak ji obnovuje (negativní zpětná vazba). Je všeobecně přijímáno^[1] že Země je dynamický systém, který reaguje na zatížení mnoha různými způsoby. Isostasy však poskytuje důležitý „pohled“ na procesy, které se dějí v oblastech, které zažívají vertikální pohyb. Určité oblasti (např Himaláje ) nejsou v izostatické rovnováze, což donutilo vědce identifikovat další důvody k vysvětlení jejich topografických výšek. V případě Himalájí, které stále rostou, bylo navrženo, aby jejich nadmořská výška byla podporována silou dopadu Indický talíř. The Povodí a provincie Range západních USA je dalším příkladem oblasti, která není v izostatické rovnováze.

Ačkoli je původně definováno z hlediska Kontinentální kůra a plášť,^[2] následně byl vyložen ve smyslu litosféra a astenosféra, zejména s ohledem na oceánský ostrov sopky,^[3] tak jako Havajské ostrovy.

V nejjednodušším příkladu je principem isostasy vztlak ve kterém je předmět ponořený do a tekutina je podporován silou rovnou hmotnosti vytlačené kapaliny. V geologickém měřítku lze izostasu pozorovat, pokud silná zemská kůra nebo litosféra působí na slabší plášť nebo astenosféru, která geologický čas proudí bočně tak, že náklad je přizpůsoben výškovým nastavením.

Obecný termín „isostasy“ vytvořil v roce 1882 americký geolog Clarence Dutton.^[4][5][6]

Modely

Používají se tři hlavní modely isostasy:

1. The Vzdušný –Heiskanen model - kde jsou různé topografické výšky přizpůsobeny změnám v kůra tloušťka, ve které má kůra konstantní hustotu
2. The Pratt –Hayford model - kde jsou různé topografické výšky přizpůsobeny bočním změnám v Skála hustota.
3. The Vening Meinesz nebo ohybová isostasy model - kde litosféra působí jako elastický deska a její inherentní tuhost rozděluje lokální topografická zatížení na širokou oblast ohýbáním.

Vzdušná a Prattova isostasy jsou prohlášení o vztlaku, ale ohybová isostasy je prohlášení o vztlaku při vychýlení listu konečné elastické pevnosti.

Vzdušný

Vzdušná isostasy, ve které se na plášti s vyšší hustotou vznáší kůra s konstantní hustotou a topografie je určena tloušťkou kůry.

Vzdušná isostasy aplikovaná na scénář povodí v reálném případě, kde celkové zatížení pláště je složeno z krustového suterénu, sedimentů s nižší hustotou a nad mořskou vodou

Základem modelu je Pascalův zákon, a zejména jeho důsledek, že v kapalině ve statické rovnováze je hydrostatický tlak stejný v každém bodě ve stejné nadmořské výšce (povrch hydrostatické kompenzace):

h₁⋅ρ₁ = h₂⋅ρ₂ = h₃⋅ρ₃ = ... h_n⋅ρ_n

Pro zjednodušený obrázek je znázorněna hloubka kořenů horského pásu (b₁) se počítá takto:

${ displaystyle (h_ {1} + c + b_ {1}) rho _ {c} = (c rho _ {c}) + (b_ {1} rho _ {m})}$

${ displaystyle {b_ {1} ( rho _ {m} - rho _ {c})} = h_ {1} rho _ {c}}$

${ displaystyle b_ {1} = { frac {h_ {1} rho _ {c}} { rho _ {m} - rho _ {c}}}}$

kde ${ displaystyle rho _ {m}}$ je hustota pláště (přibližně 3 300 kg m⁻³) a ${ displaystyle rho _ {c}}$ je hustota kůry (asi 2 750 kg m⁻³). Obecně tedy:

b₁ ≅ 5⋅h₁

V případě negativní topografie (mořská pánev) vyvažování litosférických kolon dává:

${ displaystyle c rho _ {c} = (h_ {2} rho _ {w}) + (b_ {2} rho _ {m}) + [(c-h_ {2} -b_ {2} ) rho _ {c}]}$

${ displaystyle {b_ {2} ( rho _ {m} - rho _ {c})} = {h_ {2} ( rho _ {c} - rho _ {w})}}$

${ displaystyle b_ {2} = ({ frac { rho _ {c} - rho _ {w}} { rho _ {m} - rho _ {c}}}) {h_ {2}} }$

kde ${ displaystyle rho _ {m}}$ je hustota pláště (přibližně 3 300 kg m⁻³), ${ displaystyle rho _ {c}}$ je hustota kůry (asi 2 750 kg m⁻³) a ${ displaystyle rho _ {w}}$ je hustota vody (asi 1 000 kg m⁻³). Obecně tedy:

b₂ ≅ 3,2⋅h₂

Pratt

Pro zobrazený zjednodušený model je nová hustota dána vztahem: ${ displaystyle rho _ {1} = rho _ {c} { frac {c} {h_ {1} + c}}}$, kde ${ displaystyle h_ {1}}$ je výška hory ac tloušťka kůry.

Vening Meinesz / ohyb

Karikatura zobrazující izostatické vertikální pohyby litosféry (šedá) v reakci na vertikální zatížení (zeleně)

Tato hypotéza byla navržena k vysvětlení, jak velká topografická zatížení, jako je podmořské hory (např. Havajské ostrovy ) lze kompenzovat spíše regionálním než lokálním přemístěním litosféry. Toto je obecnější řešení pro litosférická flexe, jak se blíží výše lokálně kompenzovaným modelům, protože zatížení se stává mnohem větší než vlnová délka v ohybu nebo se tuhost v ohybu litosféry blíží nule.

Dopady

Usazování a eroze

Pokud se na určitou oblast ukládá velké množství sedimentu, může obrovská hmotnost nového sedimentu způsobit pokles kůry pod ním. Podobně, když dojde k erozi velkého množství materiálu z oblasti, může se země vyrovnat. Proto, když je pohoří erodováno, (snížené) rozmezí se odráží nahoru (do určité míry), aby se dále erodovalo. Některé z horninových vrstev, které jsou nyní viditelné na povrchu země, mohly strávit většinu své historie ve velkých hloubkách pod povrchem pohřbené pod jinými vrstvami, aby mohly být nakonec odkryty, když tyto další vrstvy erodovaly a spodní vrstvy se odrazily nahoru.

Analogii lze provést s ledovec, který vždy plave s určitým podílem své hmotnosti pod hladinou vody. Pokud sníh spadne na vrchol ledovce, ledovec se ponoří níže do vody. Pokud se vrstva ledu roztaje z vrcholu ledovce, zbývající ledovec stoupne. Podobně litosféra Země „plave“ v astenosféře.

Tektonika desek

Při srážce kontinentů může kontinentální kůra při srážce zesílit na svých okrajích. Pokud k tomu dojde, může se velká část zesílené kůry pohnout dolů spíše než nahoře jako u ledovcové analogie. Myšlenka kontinentálních kolizí budování hor „nahoře“ je proto spíše zjednodušením. Místo toho kůra zahušťuje a horní část zesílené kůry se může stát pohořím.^{[Citace je zapotřebí ]}

Některé kontinentální srážky jsou však mnohem složitější a oblast nemusí být v izostatické rovnováze, takže k lepšímu porozumění je třeba s tímto předmětem zacházet opatrně.^{[Citace je zapotřebí ]}

Konvekční plášť

Dokonalá izostatická rovnováha je možná, pouze pokud je materiál pláště v klidu. Nicméně, tepelná konvekce je přítomen v plášti. V takovém případě lze uspokojit pouze obecnější hypotézu DDI (Deep Dynamic Isostasy).^[7]

Ledové příkrovy

Formace ledové příkrovy může způsobit potopení zemského povrchu. Naopak, izostatický postglaciální odskok je pozorován v oblastech kdysi pokrytých ledovými příkrovy, které se nyní roztavily, například v okolí Baltské moře a Hudson Bay. Jak led ustupuje, zatížení na litosféra a astenosféra je snížena a oni odskočit zpět k jejich rovnovážným úrovním. Tímto způsobem je možné najít dřívější mořské útesy a související vlnové platformy stovky metrů nad současností hladina moře. Odskokové pohyby jsou tak pomalé, že vzestup způsobený koncem posledního doba ledová stále pokračuje.

Kromě vertikálního pohybu země a moře zahrnuje izostatické přizpůsobení Země také horizontální pohyby. Může to způsobit změny v Zemi gravitační pole a rychlost rotace, polární bloudit, a zemětřesení.

Hranice litosféry a astenosféry

Hypotéza isostasy se často používá k určení polohy LAB (tj. Litosféra -Astenosféra Hranice)^[8]

Relativní změna hladiny moře

Eustasy je další příčinou relativního změna hladiny moře zcela odlišný od izostatických příčin. Termín eustasy nebo eustatický se týká změn v objemu vody v oceánech, obvykle v důsledku globální změna klimatu. Když se zemské klima ochladí, na pevninách se ukládá větší část vody ve formě ledovců, sněhu atd. To má za následek pokles globálních hladin moří (ve srovnání se stabilní pevninou). Doplňování oceánských pánví o ledová tající voda na konci doby ledové je příkladem eustatic vzestup hladiny moře.

Druhou významnou příčinou zvýšení hladiny moře je tepelná roztažnost mořské vody, když se zvyšuje průměrná teplota Země. Aktuální odhady globálního eustatického vzestupu ze záznamů přílivoměru a satelitní výškoměr je asi +3mm /A (viz zpráva IPCC z roku 2007). Globální hladinu moře ovlivňují také vertikální pohyby kůry, změny rychlosti rotace Země, rozsáhlé změny v kontinentální rozpětí a změny v rychlosti rozmetání dno oceánu.

Když termín relativní se používá v kontextu s změna hladiny mořez toho vyplývá, že jak eustasy, tak isostasy jsou v práci, nebo že autor neví, které příčiny vyvolat.

Post glaciální odskok může být také příčinou zvyšování hladiny moře. Když stoupne mořské dno, což v některých částech severní polokoule pokračuje, voda je vytlačena a musí jít jinam.

Viz také

• John Fillmore Hayford
• William Bowie (inženýr)
• Lau, Gotland
• Mořská terasa
• Tektonický zdvih - Část celkového geologického pozvednutí středního zemského povrchu, kterou nelze přičíst izostatické reakci na vykládku
• Gravitační anomálie

Reference

Další čtení

• Lisitzin, E. (1974) „Změny hladiny moře“. Elsevier Oceanography Series, 8
• Watts, AB (2001). Izostáza a ohyb litosféry. Cambridge University Press. ISBN  0-521-00600-7. Velmi úplný přehled s velkou částí historického vývoje.

externí odkazy

• Oldham, Richard Dixon (1922). "Isostasy". Encyklopedie Britannica (12. vydání).