IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Геодезические работы высокой точности являются неотъемлемой частью современного строительства. Предположение об однородности гравитационного поля может привести к значительным ошибкам в определяемых координатах точек. Поэтому необходимо оценивать влияние неоднородности гравитационного поля на результаты наблюдений и при необходимости учитывать его [1].

Явление изостазии было обнаружено при изучении силы тяжести у подножия горных массивов. Ранее считалось, что такие массивные сооружения, как, например, Гималаи, должны увеличивать силу притяжения Земли. Однако исследования, проведенные в середине 19 века, опровергли эту теорию – сила тяжести на поверхности всей земной поверхности остается одинаковой.

Было установлено, что крупные неровности рельефа компенсируются, уравновешиваются чем–то на глубине. Чем мощнее участок земной коры, тем глубже он погружен в вещество верхней мантии.

Существенная часть изостатических компенсаций обеспечивается изменениями мощности Земной коры. В некоторых районах часть компенсации обеспечивается вариациями плотности подкорового слоя и изменениями толщины литосферы. В районах с современной тектоникой могут существовать нарушения изостазии, выявляемые обычно как отличия наблюдённого гравитационного поля от поля изостатически равновесной Земли (изостатических аномалий силы тяжести)[2].

Изостатические модели были предложены в 1855 г. Дж. Эри и Праттом:

Модель Эри. Эри 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 (см. рисунок 1). 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. Изостатическая (компенсационная) поверхность в данной модели представляет собой поверхность, прилегающую снизу к компенсационной массе, т.е. поверхность, на которой давление в мантии равно весу вышележащей коры.

Рис. 1. «Корень гор» (А). Чем выше горы, тем «корень гор» глубже проникает в верхнюю мантию. «корень гор» компенсирует, уравновешивает массу гор; Б — айсберги, плавающие в морской воде. Над поверхностью воды возвышается одна треть ледяной глыбы.

Модель Пратта. В модели Пратта подошва земной коры является плоской и компенсация осуществляется за счёт различной плотности блоков земной коры, т.е. в блоках, образующих горные хребты плотность коры должна быть ниже, чем в блоках впадин.

Современные экспериментальные данные показывают как наличие вариаций плотности коры в горизонтальном направлении, так и прогибов поверхности Мохоровичича (названной так по имени геофизика, впервые установившего ее в начале ХХ века по скачкообразному увеличению скорости сейсмических волн), кореллирующих с рельефом, т.е. изостатическое равновесие обеспечивается сочетанием моделей Эри и Пратта [3]. Существенная часть изостатических компенсаций обеспечивается изменениями мощности Земной коры. В некоторых районах часть компенсации обеспечивается вариациями плотности подкорового слоя и изменениями толщины литосферы. В районах с современной тектоникой могут существовать нарушения изостазии, выявляемые обычно как отличия наблюдённого гравитационного поля от поля изостатически равновесной Земли (изостатических аномалий силы тяжести).

Ниже поверхности Мохоровичича повсеместно располагается верхняя мантия, обладающая высокой вязкостью. На разной глубине, под континентами ниже, а под океанами выше, но также в верхней мантии повсеместно располагается астеносфера – слой менее вязкий, а следовательно, более пластичный, чем перекрывающая и подстилающая его верхняя мантия [4]. Все, что располагается выше астеносферы, то есть верхняя часть мантии и земная кора, называется литосферой.

И наконец, очень резкая и тонкая (не более 6 км в мощности) граница прослеживается на уровне в 660–670 км, ниже которого плотность пород и скорости прохождения сейсмических волн снова скачкообразно возрастают. Эта граница разделяет верхнюю и нижнюю мантию, причем в последней вязкость возрастает.

Подобная картина глубинного строения верхней части земного шара не была известна в конце XIX века. В прошлом веке было установлено, что земная кора и часть верхней мантии, то есть литосфера, оказываются гораздо более вязкими, несмотря на местные различия, чем подстилающая ее астеносфера.

Поэтому, когда мы говорим о перетекании материала в мантии для выравнивания нарушенного изостатического равновесия, следует иметь в виду, что речь идет о литосфере, которая как бы плавает на астеносфере с вязкостью на два-три порядка ниже [2]. В этом заключается выдающееся значение астеносферы в качестве компенсационного слоя, когда речь идет о процессах изостазии.

Список литературы:

1. Андреева Н.В., Козлова Е.Р., Мартынова Н.С. ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ МАЯТНИКОВЫМ СПОСОБОМ // Материалы VIII Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум»

2. Артемьев М. Е. Изостатические аномалии силы тяжести и некоторые вопросы их геологического истолкования. – М., 1966. – 138 с.

3. Белоусов В.В. Основы геотектоники. – М., 1975. – 264 с.

4. Короновский Н.В Изостазия. // СОЖ, 2001, № 11, с. 73–78.

Код для цитирования: Скопировать