Ізостазія

Визначення і загальна характеристика

ІЗОСТАЗІ́Я (від ізо… і грец. στάσις — стоя­н­ня, нерухомість) — стан рівноваги верх­ньої твердої оболонки Землі (земної кори або літосфери в цілому), коли материки, океани, гірські системи, западини тощо чинять однаковий літо­статичний тиск на деяку субгоризотальну поверх­ню (так звану поверх­ню компенсації). Остан­ньою може бути поверх­ня астеносфери або, в деяких випадках, поверх­ні, що роз­таш. вище та нижче. І. виникає внаслідок від­повід. пере­розподілу потужності та густини шару, що знаходиться над поверх­нею компенсації. Ще до введе­н­ня у наук. обіг терміна «І.» (за­пропонов. 1889 амер. геологом К. Дет­тоном) геодез. і гравіметр. дослідже­н­нями в Індо-Ганґ. низовині виявлено, що Гімалай. гори нахиляють до себе висок менше, ніж це повин­но бути за роз­рахунками. Тобто вони мають меншу масу від­носно до обʼєму, по­множеного на середню густину порід верх. шару земної кори, що їх оточують. Англ. вчені Дж. Ері (1855) та Ф. Пратт (1866) висунули дві гіпотези, що пояснюють це явище. За першою, земна кора ніби «плаває» на густішій під­кор. речовині подібно до льодовиків у воді за законами, на­ближеними до закону Архімеда: гірські споруди — вершини «айс­берга», більша частина якого знаходиться нижче за рівень «води», у цьому випадку — нижче від земної поверх­ні. Сейсмологи під низкою гірських систем дійсно зафіксували потовще­н­ня земної кори, т. зв. «корі­н­ня гір», які й зумовлюють зменше­н­ня сили тяжі­н­ня в таких регіонах. За гіпотезою Ф. Прат­та, поверх­ня компенсації залишається горизонтальною, а під­ня­т­тя гір (або утворе­н­ня западин) повʼязане зі зменше­н­ням (або, від­повід­но, збільше­н­ням) густини порід, що їх складають. У 20 ст. доведено, що в земній корі від­буваються набагато складніші тектономагмат. процеси, ніж вважали раніше, і в них задіяні механізми, перед­бачені обома гіпотезами. Серед багатьох гіпотез, автори яких намагалися удосконалити або деталізувати гіпотези Дж. Ері та Ф. Прат­та, знаковою є гіпотеза геоізо­стазії, за­пропонована укр. геофізиками К. Тяпкіним і М. Довбничем. Вона ґрунтується на принципах мінімізації гравітац. енергії та найменшої дії. За цією гіпотезою, геоїд по­стійно при­стосовується до форми еліпсоїда оберта­н­ня, досягаючи гідро­стат. рівноваги. При цьому в тілі Землі від­бувається пере­розподіл густини та виникають напруже­н­ня, які призводять до від­повід. структуро­утворе­н­ня і магматизму. Від­повід­но до обох фіз. принципів, еволюція геол. роз­витку планети спричиняє мінімізацію від­хилень висот геоїда від еліпсоїда: під горами, які еродуються, від­бувається роз­ущільне­н­ня земної кори шляхом гранітизації та ін.; під западинами, що заповнюються водою та осадами, — ущільне­н­ня шляхом базифікації та ін. Ступінь ізо­стат. врівноваженості земної поверх­ні оцінюють за допомогою ви­значе­н­ня ізо­стат. гравітац. аномалій (різниця між спо­стереженим полем сили тяжі­н­ня та полем, що від­повід­ало б у цьому р-ні повністю ізо­статично врівноваженій земній корі). Механізми ізо­стат. компенсації можуть бути різними, але цьому сприяє, у першу чергу, плин­ність мантій. речовини. Ви­вче­н­ня льодовиків Антарктиди та Ґренландії, під якими зафіксовано сут­тєві прогини під­стеляючої поверх­ні земної кори, а також геол. історія чотирьох зледенінь, які від­булися за остан­ні 20 тис. р., доводять існува­н­ня поверх­ні або поверхонь компенсації над коровими і мантій. шарами зниженої вʼязкості, речовина яких може повільно пере­тікати від ділянок більшого до ділянок меншого літо­стат. тиску. У 1-й пол. 20 ст. дослідники вважали, що такою поверх­нею компенсації є Мохоровичича поверх­ня (пі­дошва земної кори). Пізніше встановлено, що осн. поверх­ня компенсації — поверх­ня астено­сфери (пі­дошва літо­сфери). Рос. геофізик Є. Артюшков на основі ви­вче­н­ня швидкості під­ня­т­тя Балт. щита після остан. зледені­н­ня довів, що вʼязкість астено­сфер. шару під Фен­носкандією вдвічі нижча від вʼязкості шарів, роз­таш. вище та нижче. Ці дані, а також матеріали геол. і геоморфол. дослідж. у різних місцях планети вказують на те, що на регіон. рівні (на ділянках завширшки не менше як 100–200 км) ізо­стат. вирівнюва­н­ня, або «згладжува­н­ня» наслідків тектон. процесів шляхом пере­тіка­н­ня речовини астено­сфери та вертикал. рухів блоків літо­сфери може від­буватися досить швидко (± 3–5 см на рік). У деяких регіонах, зокрема в окремих авлакогенах або на ділянках з високими тепл. потоками, де у корі або під нею формувалися чи формуються слабовʼязкі шари частково роз­плавлених порід, поверх­ня ізо­стат. компенсації проходить значно вище від пі­дошви літо­сфери. У авлакогенах на­громадже­н­ня потуж. товщі осад. порід компенсується інтрузією у земну кору порід осн. складу або фазовим пере­ходом базальт–еклогіт побл. поверх­ні Мохоровичича; на ділянках високих тепл. потоків роз­ущільне­н­ня земної кори, повʼязане з її на­гріва­н­ням, збалансовується під­йомом ден­ної поверх­ні. Сейсмотомогр. дані свідчать, що швидкісні, а, отже, й густин­ні неоднорідності властиві всій мантії Землі. До того ж у мантії зафіксовано подібні до астено­сфер. шари, роз­міщені на різних глибин. рівнях. Отже, єдиної поверх­ні компенсації, ймовірно, не існує. Хоча матеріали світ. гравітац. дослідж. доводять, що в цілому літо­сфера Землі ізо­статично скомпенсована, проте існують регіони, де І. не діє, а навпаки, від­буваються процеси, які їй суперечать. Напр., Гірський Крим, під яким гравіметрією встановлено аномал. маси великої густини, не опускається, чого вимагає концепція І., а досить швидко під­німається; Індоло-Кубан. прогин, для якого характерні від­ʼємні ізо­стат. аномалії, не під­німається, а, навпаки, опускається. Для поясне­н­ня подіб. феноменів необхідно здійснити аналіз геотектон. процесів, які деформують літо­сферу та виводять її зі стану ізо­стат. рівноваги. Якби в Крим.-Кавказ. сегменті літо­сфери були рушій. силою або превалювали вертикал. рухи, то ця територія б від­носно швидко ізо­статично скомпенсувалася. Упродовж міль­йонів років, з короткими пере­рвами, формува­н­ня осн. тектон. структур цього регіону, а також утрима­н­ня його у стані субгоризонтал. субмеридіонал. стисне­н­ня здійснюється завдяки зближен­ню Афр.-Аравій. та Євроазій. літо­сфер. плит.

Літ.: Люстих Е. Н. Изо­стазия и изо­статические гипотезы // Тр. Геофиз. ин-та. 1957. № 38(165); Артемьев М. Е. Изо­стазия тер­ритории СССР. Москва, 1975; Артюшков Е. В. Геодинамика. Москва, 1979; Короновский Н. В. Изо­стазия // Соросов. образов. журн. Науки о Земле. 2001. Т. 7, № 11; Тяпкин К. Ф., Довбнич М. М. Новая ротацион­ная гипотеза структурообразования и ее геолого-математическое обоснование. Д., 2009.

В. І. Старостенко, О. Б. Гінтов

Завантажити статтю