Изостатическое равновесие. Аномалии в гравитационном поле

Изостатическое равновесие. При тригонометрической съемке Индии, которая проводилась в XIX в., обнаружилось, что местоположение некоторых станций, определенное астрономическими методами, не совпадает с данными наземной триангуляции, при которой не См. также учитывалось боковое притяжение к северу со стороны Гималаев.

Масса Гималаев оказывала на массу отвеса гравитационное воздействие, которое вызвало расхождение в определении координат, достигавшее 91,5 м. Это дало основания Дж. Г. Пратту и Г. Б. Эйри предположить, что континенты состоят из более легкого материала, плавающего на более плотном основании (5).

В середине прошлого века Пратт и Эйри предположили, что континенты, сложенные более легким материалом, плавают на более плотном основании. Пратт считал, что различия в высоте гор вызваны разной плотностью блоков слагающих их пород, а уровень основания, на котором они плавают, всюду один и тот же (А); Эйри же полагал, что это связано с разной высотой блоков одинаковой плотности, плавающих на различных глубинах (Б). Последующие геофизические исследования показали правоту Эйри

Пратт считал, что разница в высоте гор зависит от плотности слагающих их пород, в то время как уровень основания, на котором они плавают, всюду одинаков; по мнению Эйри, высота гор связана с различной толщиной блоков земной коры, которые имеют одинаковую плотность, но плавают на разных глубинах. В настоящее время большинство ученых разделяют последнюю гипотезу.

Гипотезу Эйри можно сформулировать и иначе: более легкая земная кора в состоянии изостатического равновесия как бы плавает в более плотном, но несколько более пластичном подкоровом слое мантии, подобно пробке на воде.

Всякая дополнительная нагрузка вызывает прогибание коры (7). При снятии нагрузки, например при таянии льда или вследствие эрозии, кора поднимается кверху, стремясь вновь достичь состояния изостатического равновесия.

Обычно земная кора находится в равновесии с подстилающей ее мантией (А). Но с появлением на ее поверхности дополнительного груза в виде ледника (Б), вызывающего положительную аномалию силы тяжести, она прогибается, опускаясь глубже в мантию, что приводит к возникновению дефицита массы и отрицательной аномалии.

Положительная и отрицательная аномалии взаимно нейтрализуются, и кора продолжает пребывать в состоянии равновесия. После таяния льда (В) нагрузка снимается, и положительная аномалия исчезает, оставляя после себя дефицит массы и отрицательную аномалию. Чтобы восстановить равновесие (Г), происходит подъем суши и омоложение рек, прорезающих глубокие долины

Так, часть территории Норвегии и Швеции до сих пор поднимается после того, как 10 тыс. лет назад растаяли мощные плейстоценовые покровные ледники. Согласно существующим оценкам, кора здесь должна будет подняться еще на 213 м, прежде чем восстановится равновесие. Одновременно с поднятием Скандинавии происходит опускание побережья Нидерландов и частично Дании (8), поскольку мантийный материал, образующий восходящий поток под Скандинавией, втягивается туда из-под их территории.

При последнем оледенении территория Скандинавии была придавлена льдом, что вызвало наклон поверхности Северной Европы (А). После таяния ледников континент возвратился в первоначальное положение (Б), всплыв на веществе верхней мантии, которое перемещается из-под опускающихся участков коры под участки, испытывающие поднятие

Изостатическое равновесие поддерживается благодаря изменению глубины залегания нижней границы коры, и ученые показали, что каждая горная цепь имеет глубокий корень, погруженный в мантию. Напротив, под океанами располагается лишь тонкий слой коры.

Аномалии в гравитационном поле. Горные породы, сильно отличающиеся по своей массе от пород, развитых на окружающей территории, вызывают слабые отклонения, или аномалии, местного гравитационного поля, что позволяет выявлять их с помощью гравиметров.

Не выходящие на поверхность тела горных пород обнаруживают путем измерения местных отклонений силы тяжести с помощью гравиметра. Чем легче горные породы, тем слабее притяжение.

1. Нормальное значение силы тяжести. 2. Тяжелые изверженные породы, залегающие вблизи поверхности, дают гравитационный максимум. 3. Антиклиналь, дающая гравитационный максимум. 4. Рифтовая долина, где легкие поверхностные породы уходят на большую глубину, дает гравитационный минимум. 5. Соляной купол, в котором легкие породы перемещаются кверху, дает гравитационный минимум. 6. Океанический желоб, где более легкий корковый материал погружается в мантию, дает гравитационный минимум

Гравиметры (3) способны обнаруживать ничтожные отклонения в 1-Ю-6 г. Так, гравиметрические съемки показывают, что крупные соляные купола вблизи земной поверхности (часто связанные с залежами нефти и газа) выделяются в виде отрицательных аномалий; имеется дефицит массы, поскольку соль легче других пород (4).

Отрицательная аномалия силы тяжести отмечается над близ- поверхностной интрузией легких пород. Соляной купол (1) поднимается сквозь более плотные породы земной коры (2), искажая гравитационное поле в этом районе. Нанеся на карту (3) показания гравиметра в точках сети наблюдений, можно выявить область низких значений силы тяжести над куполом. Рудное тело, сложенное рудой с высокой плотностью, вызовет положительную аномалию силы тяжести

В то же время рудное тело с высокой плотностью проявляется в виде положительной гравитационной аномалии-имеет избыток массы. При съемках гравитационного поля Земли в полученные значения силы тяжести вносятся соответствующие поправки, исключающие влияние географической широты, абсолютной высоты местности и массы материала, заключенного в интервале высот между точкой наблюдения и уровнем моря или самым низким доступным уровнем.

Последняя поправка называется поправкой или коррекцией Буге, а полученная после введения такой поправки карта-картой аномалии Буге. С помощью карты Буге определяют возможное положение и размеры промышленных залежей руд и нефти.