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Isostasie

Isostasie und isostatisches Gleichgewicht sind Begriffe, die verwendet werden, um den Zustand von Gravitation Gleichgewicht eines schwebenden Objekts in a Flüssigkeit aufzeigen.

Ein Eisberg schwimmt im Wasser, wobei ein erheblicher Teil des Eisbergs unter der Wasseroberfläche liegt. Ebenso "schwimmt" in der Erde die Lithosphäre auf der Asthenosphäre.

Allgemeines

Weitere Hintergrundinformationen finden Sie unter Gesetz des Archimedes.

Ein Beispiel für Isostasie ist ein schwimmender Eisberg im Meer. Ein Teil des Eisbergs wird unter Wasser sein. Sowohl die Höhe des schwimmenden Objekts (der Eisberg) (bezogen auf ein beliebiges Referenzniveau) als auch die Eindringtiefe des Objekts in die Flüssigkeit hängen von folgenden Faktoren ab:

  • die Höhe oder Dicke des Objekts
  • das Dichte des Objekts
  • die Dichte der Flüssigkeit

Man kann auch nur mit dem Verhältnis der Dichten werden dann die letzten beiden Faktoren kombiniert.

Isostasy stammt von der Archimedes Prinzip, der während eines Bades gesehen hat, dass beim Eintauchen eines Gegenstandes die Masse des verdrängten Wassers ist gleich der Masse des gesamten Objekts. Je schwerer das Objekt, desto größer ist der Teil, der sich unter Wasser befindet.[1]

In dem Geophysik wird das isostatische Gleichgewicht zwischen den Erdkruste und der Mantel manchmal vereinfacht, indem die Kruste in einem 2-dimensionalen Modell als einzelne Blöcke konstanter Dicke (in Tiefenrichtung "z") dargestellt wird. Das Bild zeigt hauptsächlich Airy Isostasie, obwohl auch die Dichte variiert. Legende: 1=Dicke der Kruste in der Nähe eines Gebirges; 2=Dicke der Kruste bei a Plateau; 3 Dicke von normal kontinentale Kruste; 4=Dicke von Ozeanische Kruste; 5=Meeresspiegel; 6=jeder Block versinkt im Mantel, die dicken Blöcke weiter als die dünnen; 7=Asthenosphäre.

Anwendung in Geologie und Geophysik

In dem Geologie und Geophysik Isostasie wird verwendet, um Höhenunterschiede auf der Erde physikalisch zu erklären. Warum ist ein Berg höher als eine Ebene? Es wird davon ausgegangen, dass die Lithosphäre und der Asthenosphäre (der obere Teil des Mantel) befinden sich im isostatischen Gleichgewicht. das (plastisch verformend) Asthenosphäre wird als Flüssigkeit angesehen, auf der die Lithosphäre schwimmt. unter einem Gebirge wird ein sogenannter Bergwurzel in den Mantel, weil die Kruste hier dicker (und damit schwerer) ist als an anderen Stellen. Die Höhe eines Gebirges und die Tiefe der Bergwurzel hängen nun ab von:

  • die Dichten der Asthenosphäre und der Platte, und
  • die Dicke der Platte.

Es stellt sich heraus, dass sich einige Teile der Lithosphäre nicht im isostatischen Gleichgewicht befinden, wie z Himalaya. In diesen Fällen passiert etwas anderes: Im Fall des Himalaya wird die enorme Höhe durch die by seitlich (seitliche) Kraft, die es nach Norden bewegt KontinentIndien Ursachen.

Es wird angenommen, dass im Maßstab ganzer Kontinente die stärkere Lithosphäre auf die schwächere (leichter verformbare) Asthenosphäre drückt, wodurch Material seitlich in die Asthenosphäre strömt und Unterschiede in der Lithosphärendicke in Höhenunterschiede übersetzt werden.

Isostatische Modelle

Es werden zwei verschiedene Isostasiemodelle verwendet:

  • Luftige Isostasie (benannt nach George Airy), wobei angenommen wird, dass Unterschiede in der topografischen Höhe durch Unterschiede in der Dicke der Lithosphäre verursacht werden.
  • Pratt Isostasie (benannt nach John Henry Pratt), wo angenommen wird, dass unterschiedliche Höhen durch Dichteunterschiede in der Lithosphäre verursacht werden (schwerere Lithosphäre sinkt tiefer, daher ist der Meeresboden niedriger als die Kontinente: siehe Ozeanische Kruste und kontinentale Kruste).

Wirkung von Ablagerung und Erosion

Bei großen Mengen Sediment einbiegen in abgesetzt In einer bestimmten Region führt das Gewicht des Sediments dazu, dass die gesamte Lithosphäre absinkt. Ein Beispiel ist die Nordsee, wo derzeit große Mengen Sediment von Flüssen transportiert werden. Die Kruste unter der Nordsee sinkt langsam. Der gegenteilige Effekt tritt ein, wenn ein großer Teil der Lithosphäre zu erodiert, wie in einem Berg wie dem Alpen. In einem solchen Bereich steigt die Lithosphäre (tektonischer Aufschwung), wodurch die Bergkette weiter erodiert. Aufgrund dieses Effekts, metamorphes Gestein kommen an die Oberfläche, die in großen Tiefen war.

Wirkung der Plattentektonik

Weitere Informationen finden Sie im Artikel Plattentektonik.

Wenn Kontinente kollidieren, verdickt sich die Kruste an der Kante, an der sie sich treffen. In diesem Fall kann sich ein Großteil der Ausbuchtung in der Bergwurzel absetzen statt in der Höhe des neuen Gebirges. Die Vorstellung, dass die Kollision von Kontinenten zu Gebirgszügen führt, ist daher eine Vereinfachung, tatsächlich spricht man besser von Krustenverdickung, bei der der obere Teil der dickeren Kruste das Gebirge bildet.

Wie bereits erwähnt, ist die Lithosphäre bei Kontinentalkollision wegen der großen Querkräfte nicht immer im isostatischen Gleichgewicht. Das Prinzip der Isostasie gilt dann nicht.

Wirkung auf Eustasia (Meeresspiegel)

Eustasia (die Änderung des Meeresspiegels) ist normalerweise nicht auf isostatische Veränderungen zurückzuführen, sondern auf Klimawandel. Aber Isostase kann durchaus Auswirkungen auf den Meeresspiegel haben. In einer Zeit, in der die Erde am Anfang von a . steht Wilson-Zyklus (eine Epoche, in der sich relativ viel ozeanische Kruste bildet, z Jura und Kreide) wird es relativ mehr junge ozeanische Kruste geben. Da junge ozeanische Krusten eine geringere Dichte haben als ältere (daher die Mittelozeanische Rücken höher) in einer solchen Ära wird der Meeresboden im Vergleich zu den Kontinenten höher sein, so dass auch der Meeresspiegel höher ist.

Wenn in der Geologie von „relativer“ Meeresspiegeländerung gesprochen wird, bedeutet dies, dass neben dem Klima auch die Isostase eine Rolle spielt.

Wirkung von Eiszeiten

Weitere Informationen finden Sie im Artikel postglaziale Erhebung.

Glacio-Isostasie ist der Druck von Landeis auf der Erdkruste, wodurch sie absinkt. Wenn es schmilzt, sinkt der Druck und die Lithosphäre steigt. Während der Eiszeiten Waren Skandinavien und Kanada mit etwa 3-4 km dicken Eismassen bedeckt. Unter dem Gewicht dieser Eisschilde sank die Erdkruste 200-250 m. Nach dem Abschmelzen des Landeises vor etwa 12.000-10.000 Jahren entstand ein sogenannter postglaziale Bodenbewegung auf. Der Bereich stieg wieder an. Dies spiegelt sich deutlich in der Hohe Küste in Nordschweden.

In den Niederlanden hingegen sank der Boden, um den Anstieg in Skandinavien zu kompensieren. Dieser Effekt tritt hauptsächlich in den nördlichen Niederlanden, Norddeutschland und Polen auf. Der Rückgang in den nördlichen Niederlanden beträgt in den letzten 100 Jahren etwa 2 cm. Im Süden der Niederlande und Belgien ist der Effekt kaum noch messbar.

Mantelkonvektion und isostatisches Gleichgewicht

Ein vollständiges isostatisches Gleichgewicht ist nur möglich, wenn das Material ruht. Im Mantel funktioniert jedoch thermische Konvektion. In diesem Fall kann nur die allgemeinere Hypothese der DDI (tiefe dynamische Isostase) erfüllt werden.[2]

Verweise

  1. ↑Watts A.B.: Isostasy and Flexure of the Lithosphere. Cambridge University Press, 2001, s. 15-17. ISBN 0-521-00600-7 .
  2. ↑Mantelströmung und Bestimmung der Position von LAB unter Annahme von Isostasie. Reine Appl. Geophysik. 176, 2451–2463 (2019). DOI:10.1007/s00024-019-02093-8.
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