Izostazija

Izostazija je stanje ravnoteže masa, blokova Zemljine kore, u odnosu na potkorne fluidalne mase po kojima pluta.

Izostatička ravnoteža je opšte ravnotežno stanje između pojedinih delova Zemljine kore, i direktno zavisi od njihove debljine, veličine, gustine, dubine korenova, tj. od velikih formi čvrste Zemljine kore c različitim fizičko-mineraloškim osobinama i njihovog odnosa prema raspodeli masa u fluidalnom potkornom delu preko koga u izvesnom smislu plivaju (slično hidrostatičkom ravnotežnom stanju). U tom smislu, delovi kore se dižu ili spuštaju sve dok se ne uspostavi ravnotežno stanje (izostazija), odnosno sve dok težina bloka kore ne bude jednaka težini potisnute fluidalne mase.

Primer „tonjenja kore“ je Holandija, odnosno širi prostor Skandinavije.

Istorijat proučavanja

Prvi nagoveštaji o izostaziji su se pojavili u 18. veku. Tada je Pjer Buge vršio premere geografske dužine u okolini ekvatora, u cilju određivanja oblika Zemlje. Tokom rada, Buge je zabeležio da postoji razlika između vertikalnog pravca baziranog na položaju zvezda i pravca baziranog na nivou libele ili klatna. Skretanje od vertikale objasnio je uz pomoć Njutnovog gravitacionog privlačenja između klatna i planinskog venca Andi, koji se nalazio paralelno sa pravcem istraživanja (pod uticajem gravitacionog uticaja planina dolazi do odstupanja klatna od vertikalnog pravca).

Britanski geodeta Prat je 1855. godine vršio istraživanja, mereći klatnom na Andima i Himalajima. Otklon klatna od vertikale bio je oko trećine očekivane vrednosti zasnovane na modelu po kojem su planinski masivi Anda i Himalaja predstavljeni kao višak mase na površi Zemlje. Detaljnija ispitivanja, zasnovana na ovim objašnjenjima, pokazivala su da su sračunata odstupanja od vertikale bila velika, kao i Njutnovo privlačenje između planina. To znači da se višak mase na površi mora kompenzovati masama ispod površi.

Nastanak teorije izostazije vezan je za istraživanja Džona Prata i Džordža Erija, koji su pokušali da objasne razlike između merenih i računatih vrednosti otklona vertikala u Indiji polovinom 19. veka. Pošto su mereni otkloni bili znatno manji od računski dobijenih vrednosti, Prat je pretpostavio da Zemljina kora pod Himalajima ima manju gustinu od delova u nizijama reke Gang. Eri je predložio drugu hipotezu: Zemljina kora ima konstantnu gustinu, ali različitu debljinu i njeni blokovi plivaju u substratu slično santama leda u vodi.

Izostatički modeli

Postoje tri osnovna modela izostazije. To su: Pratov model, Erijev model i Vening-Majnesov model.

Erijev (levo) i Pratov (desno) model izostazije

Pratov model

Prema Pratovoj hipotezi, Zemljina kora prostire se do neke dubine $T$ (računajući od nivoa mora), na kojoj se nalazi površ jednakog pritiska, koju je nazvao površ kompenzacije ili izostatička površ. Na toj granici postoji jednak pritisak blokova različite gustine i visine, što znači da težina svakog bloka mora da bude jednaka (težina blokova je konstantna). Na kontinentima važi:

$\sigma (T+H)=const$,

gde je:
$\sigma$ - gustina bloka;
$T$ - dubina do izostatičke površi;
$H$ - visina bloka na kontinentu.

Za okeane važi:

$\sigma (T-P)+1.03P=const$,

gde je:
$\sigma$ - gustina kore;
$P$ - dubina mora (1.03 je gustina morske vode).

Po ovoj teoriji, blokovi kore u delovima visokih planina imaju malu gustinu, dok okeanska kora ima veliku gustinu. Iako raspored gustine blokova često ne odgovara realnoj raspodeli gustina, Pratova ideja je u gravimetriji pogodna za računanje uticaja izostazije na merene vrednosti gravitacionog ubrzanja.

Erijev model

Prema Erijevoj hipotezi, koja je nešto mlađa od Pratove, kora se sastoji od blokova iste gustine, ali različite visine, koji plivaju u žitkoj masi veće gustine (viskoznoj magmi). Što je veća visina bloka iznad nivoa mora, blok je teži i dublje tone u magmu (ukupna visina bloka je veća). To znači da je debljina kore veća u planinskim oblastima, dok je u oblastima okeana debljina kore manja.

Dubina tonjenja bloka u magmu može da se odredi na osnovu Arhimedovog zakona. Osnovni zakon izostazije, po Erijevoj hipotezi, može da se napiše u obliku:

$\sigma _{0}B=\sigma b$

.

U ovom slučaju je:
$\sigma _{0}$ - gustina kore,
$\sigma$ - gustina magme,
$B$ - debljina kore za dati blok,
$b$ - dubina tonjenja bloka u magmu.

Vening-Majnesov model

Vening-Majnes je predložio regionalnu izostatičku kompenzaciju koja uzima u obzir mehanička svojstva Zemljine kore. Po toj hipotezi, Zemljina kora se ponaša kao elastični sloj, koji ima veću debljinu ispod kontinenata sa visokim planinama, a malu debljinu ispod okeana. Po svom fizičkom smislu, ova hipoteza je slična Erijevoj, jer pretpostavlja konstantu gustinu Zemljine kore.

Uticaj tektonike ploča na izostaziju

Izostazija ne sme da se posmatra samo kao stanje pri kome je kora u ravnoteži. Zemljina kora se stalno kreće, menja, razvija i uništava. Različiti procesi utiču da se raspored masa Zemljine kore neprekidno menja, što dovodi do poremećaja stanja ravnoteže kore.

Povratak u ravnotežno stanje nije trenutan proces, već je to proces koji traje. Kada bi se kora trenutno vraćala u stanje ravnoteže pri svakoj promeni odnosa masa, ne bi bilo zemljotresa, već bi oni bili „amortizovani“.

Izostazija je generalno stanje ravnoteže kore, ali lokalno gledano, to stanje ravnoteže je uvek narušeno, zbog toga što kora nije statična, već izuzetno dinamična. Isto tako, kora neprestano teži da se vrati u stanje ravnoteže, što uslovljava pojavu različitih procesa, koji opet narušavaju stanje ravnoteže.

Literatura

• Starčević M. 1991. Gravimetrijske metode istraživanja. Beograd: Nauka
• Starčević M., Đorđević A. 1998. Osnove geofizike 2. Beograd: Univerzitet u Beogradu