В.С. Захаров, В.Б. Смирнов - Физика Земли (1119252), страница 15
Текст из файла (страница 15)
3.11, а, где 7Є— глубина компенсации гте. некоторый уровень, на котором достигается равновесие), Я,, — высота поверхностного рельефа, Для плотностей р, блоков и плотности р вмещаюгцей жидкости имеет место соотношенне где Я = М(х3 — высота поверхностного рельефа; я = ж(х) — соответ- ствующее прогибание нижней границы коры; х — горизонтальная координата, направление оси показано на рисунке.
Из условия ба- ланса сил можно записать Р,й(На+ Н) =Р,яН + Р,Б"' или н= — Н, й= — и = — Н. Р» Ра Р» Ре-Р» Рь Р Р (3.23) Для случая, когда понижение поверхностного рельефа заполнено океаном с плотностью р, имеем н= — '' )1. Р» -Р' Р Р» Из сейсмологии (см. гл. 4) известно, что континентальная кора действительно толще океанической, а на континентах — кора под горными системами толще, чем под равнинами, при этом плотность континентальной коры меньше, чем океанической. Компенсация возвышений рельефа глубинными массами называется изое»па»пическай кампепсаяией.
3.5.4, Аноееаиия Буге Вследствие изостазии аномалии в свободном воздухе непригодны для исследования глубинных частей земной коры (рис. 3.12, й). Для того чтобы выделить проявление «корней«, нужно исключить из гравитационного поля компенсирующий их вклад масс рельефа поверхности высотой й, Для этого вносят поправку Буге бяв и поправку за рееве(р бяп В приближении плоскопараллельпых слоев поправка Буге Схема Эра. В схеме Эра (рис. 3.11, 6) предполащется достижение равновесия за счет вариаций мощности земной коры: под горами мощность коры больше (корни гор), под впадинами — меньше (антикорни впадин). Рассмотрим условие равновесия в модели Зри.
Обозначим р, — плотность коры; р — плотность верхней мантии; тта — сРеднюю невозмУшеннУю мощность коРы; Н = Н(х) — сУммарную мощность дополнительной нагрузки горного сооружения. Тогда или, для р = р, = сопзг боя рс Принимая среднюю плотность пород коры р, = 2,7 г/смз, получаем поправку Буге 1,1 1О 0 на 1 м поднятия. Коротковолнова>т поправка за рельеф (топографическая) бят.определяется по топографической карте и имеет незначительную величину, поэтому ее часто не учитывают. Аномалия „= Ьу, — Ья = Де „- 2кбр,й )'3,25) называется аномалией Буге.
Эта простая формула позволяет весьма эффективно исключить влияние местных особенностей рельефа (если рельеф не слишком крутой. иначе надо учитывать бе ). Поскольку редукция Буге, исключающая дополнительное притяжение со стороны форм рельефа, не учитывает отрицательную аномалию плотности корней, то аномалии Буге на континентах нал горными хребтами всегда отрицательные, над впадинами — положительные. Над океанами, наоборот, аномалии Буге в районе хребтов положительные, в районе впадин — отрицательные. Пример аномалий в свободном воздухе и аномалий Буге. создаваемых горным хребтом„приведен на рис. 3.12. На рис.
3. ! 3 представлены гравитационные аномалии Буге, построенные по данным !пгегпайопа! Пгау!те!с!с Вцгеап !ВП!). Х Ь М 0 0. 0 1500 к, км а й 50 ,М вЂ” 50 Рис. ЗЛ 2. Соотношение рельефа: о — аномалии силы тяжести; б — аномалии в свободном воздуке; в — аномалии Буге !50 -320 -90 — 00 -30 О 30 60 90 320 ПО ЛГ, чгм Д~) -500 -4ОО -390-.ЭП -100 0 ОЛ 200 300 40 9Ю 600 )гис. ЗЛ3. Гравитационные аномалии Буге, построенные по данным )пгегпабопа! бгачлпегггс Вцгеац гвб!) )аномалии Буге — в мГал; градусы широты н долготы) ! Источник; Ьггр:,г/Ьй!.оЬО-гп)р Гг) Иа рис.
3. )4 представлено соотношение рельефа и гравитационных аномалий Буге !измеренных и рассчитанных по схеме Эра), котсгрые показывают достаточно точную изостатическую компенсацию континентальной части Африки. В рамках изостатической гипотезы следует ожидать линейной зависимости между величиной аномалии Буге ЛЛл и мощностью коры )глубиной поверхности Матаггаггичача Н,): дя = Шзпа! — 2К6дрНЧ, гле Лр — скачок плотности на границе Мохоровичича, На рис. 3.!5 представлена обобшенная зависимость Нм(г)ал), полученная по змпирнческнм данным )Нм — по сейсмическим ланным,г)л — по гравиметрическим).
Видно, что она состоит из линейных участков с различным наклоном, каждый из которых соответствует особому глину гсоры. По наклону прямой оценивается скачок плотности на границе Мохоровичича Лр, так, для континентов Лр 0,55 гггсмз. Используя эмпирическую зависимость Лйаот Нм можно по аномалиям Буге построить глубину границы Мохоровичича. Рис, 3,14, ПроФиль рельеФа (вверху) и гравитационные аномалии буге (внизу): 69„(измеренные и рассчитанные по схеме эри) для АФрики (по наи)еу ет а(„ 1996.
Р. 3 с изменениями); на врезке показана линия проФиля зе з ав и" Рио 3.15. Соотношение между аномалией буге и толщиной земной коры (по Магницкий, 1966.С. 231) 3.5.%. Характер иаостатинеской компенсации Соотношение аномалий в свободном возлухе ~ф, и Буге с~я характеризует степень нзостатической компенсации: полная изостазия Лл, = 0: 4~л < О для континентов и 4~л > 0 для океанов; огпсутсгпеие изосеизии Ьав = 0;,$~, > О лля континентов и Д~ „< 0 для океанов. Лля Земли в срелнем 1~,! = О,!!з)ел!. Это значит, что в среднем изостазия имеет место с точйостью ло 10%. Для характеристики изостазии вводят изосгпазпическую аномалию 6й! = бал-66(л гле Лйл — расчетная аномгьлия корня рельеФа, Для ее вычисления нужно принять определенную схему изостазии (Эри или Пратга), знать рельеФ поверхности, задать плотностную молель и нормальную толщину коры Нв (рис.
3.16). В случае полной изостатической компенсации расчетнйй корень рельеФа совпадает с «реальным, а изостатнческая аномалия близка к 0: Л8 = О (см. рис. 3.16. а), В случае перекомпенсации реальный корень рельеФа ниже расчетного корня, и з)л < 0 (см. рис. 3.16, 6). В случае неполной компенсации ситуация обратная, и Дй, > 0 (рнс. 3,16, о). На рис, 3.17 представлены изостатическне аномалии, построенные по данным (п!егпа()опа! Огач(тегг(с Вцгеац (ВО1).
Сопоставляя измеренные аномалии и рассчитанные ~го той или иной схеме аномалии, можно опрелелить степень компенсации ланной структуры и ее молельные параметры (мощности слоев и их плотности). Кроме того, сопоставление измеренных и рассчитанных аномалий Буге позволяет определить упругие свойства литосФеры (зФФективную упругую мощность — еЯесгГуе е(азг(с й!с(гпезз, ЕЕТ~. Изостазия нарушается на Земле в областях трех типов. 1. Вулканические острова (например, Гавайи): 4~, > 0 и г)ле — О, з:е, практгзчески полное отсутствие компенсации. 2, Полосы Л~„< 0 вдоль глубоководных желобов, которые связаны с зонами субдукции. В этих зонах кора погружается в мантию, что и вызывает некомпенсированную отрицательную аномалию.
Отметим, что по обе стороны от желобов аномалии положительные. В этих лвух случаях проявляются механизмы упругой реакции литосФеры на нагрузку, и схемы локальной изостазии не действуют. 3. зхг > 0 в областях нелавних опусканий коры (море Банла). гле изостазйя, по-видимому. еще не успела установиться. Обсудим кратко вопрос о реалистичности изостатического механизма Формирования современного состояния Земли. Если (согласно современным представлениям) земная кора образовалась (выплавилась) из мантии, то произошло просто перераспределение масс вещества Земли по радиусу, а суммарная масса в «колонке«не изменилась. Следовательно, если до образования коры Земля находилась в гидростатическом'равновесии, то условия Ткккомакк (е Паракомпансацпя т ккр Фкк Ва (+ Неполная компенмж~~ С «кпте4ни ГВ ( ) Рис.3.1б.
Иаостатические аномалии: а — полная компенсация; 6 — перекомпенсация; а — неполная компенсация изостазни для коры Выполняются автоматически. Однако такое состояние равновесия должно нарушаться любыми нагрузками на кору, Явным типом нагрузки служит образование океанов — заполнение волой океанических впадин, Трудно себе представить, что Вода Океанов, занимающих Зг4 ПОВерхнОс! и Земчи, Выделилась только из недр областей непосредственно под океанами.
Следовательно. походное состояние равновесия было нарушено при образовании океанов. Поскольку в настоящее время и океаны, и конти- 00 л! - !50 — !20 -90 -ОО -20 О ЗО 60 00 !20 !50 ОО, кгпв > Рис. 3.17, Изостатнческне аномалии (аюдель Эрн, Н = ЗО км), построенные ло данным (лгеглаг(ола( бгат)гЛЕП(с Вигвам (Вб!) (аномалии — О МГал, градусы широты и долготы) (Источник: Ьпр://ЬВ).оЬО-!п)р Гг) ненты находятся в равновесии, действительно существует компенсационный механизм, н кора действительно плавает в субстрате. Другим источником изменения нагрузки на кору является стремление рельефа поверхности к выравниванию: эрозии выступающих частей н накопление осадков на впадинах (что приводит к горизонтальному переносу вещества).
Но области с большой толщей осадков не имеют интенсивных положительных аномалий в свободном воздухе и. следовательно, осадочная нагрузка тоже скомпенсирована. Современное оледенение является еше одним примером изост»- тически скомпенсированной нагрузки.
Для Гренландии и Антарктиды изостатнческие аномалии близки к нулю, а профиль поверхности коренных пород (подо льдом) по форме и величине прогиба вполне соответствует изостатической гипотезе. По кривым изостатического поднятия территорий Скандинавии и Каналы можно получить оценку вязкости астеносферы (см. гл. 2). 3.$.6. Изменение сиим тяжести во времени Сила тяжести на Земле не является гюстоянной, а претерпевает изменения под влиянием процессов разной физической природы и продолжителышсти, Кратко остановимся на ос . р ионных п ичинах в сменных вариаций я. Р 1.
Изменения силы тяжести, ти, вызванные изменениями во вза- и, Л ны и Солнца. Эти изменения примерно имном положении Земли, уны и олною порядка, однако влияниеЛуны несколько ьше и приво к ва нациям в пределах, ч 0,16 Гал в то время как влияние Солнца нахолится в пределах, м ал. 0,076 Г . Максимальныи суммарныи аффект составляет 0,24 чГал. Гравитационное воздействи ействие Луны и Солнца приводит к дефор- как на море, так чации ' м, Зе. ти н возникновению приливов (как на мор, " 3, ). Максимальная амплитуда колебания ем земной пои в твердой емле).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
