地壳均衡查看源代码讨论查看历史

来自 孔夫子旧书网 的图片

地壳均衡是全国科学技术名词审定委员会公布的一个科技名词。

汉字作为一种形、音、义三位一体的符号系统，源于日月鸟兽之形，作为中华文明之标志，连接中华民族的历史、现在和未来，方正之间充满美感。

名词解释

地壳均衡（isostasy） 地质学基本理论，是描述地壳状态和运动的一种理论。它阐明地壳的各个地块趋向于静力平衡的原理，即在大地水准面以下某一深度处常有相等的压力，大地水准面之上山脉（或海洋）的质量过剩（或不足）由大地水准面之下的质量不足（或过剩）来补偿。运用地壳均衡学说可以研究地球内部构造，如上地幔的起伏；还可用于大地测量学中研究大地水准面形状，推估重力异常和计算垂线偏差等。

1749年，法国大地测量学家布格 (P.Bouguer)在南美的秘鲁测量子午线弧长时，发现安第斯山脉的巨大质量产生的引力似乎特别小。随着测量精度的提高，1854年英国大地测量学家普拉特 （J.H.Pratt）分析喜马拉雅山南麓印度大地测量结果，发现实测的垂线偏差值比由可见地形质量算得的数值要小得多。为了解释这种现象，他假设地壳的密度随地形高度的增加而减少，并认为山脉象发酵的面包一样，是由地下物质从某一深度向上膨胀形成的。1855年英国天文学家艾里（G.B.Airy）推论，象喜马拉雅山这样大的山脉，物质的重量是不能由地壳来支持的，必定从地壳以下的某一深处就开始得到支撑，因此他认为地壳物质就象浮在水中的木块。木块高出水面越多，相应地陷入水中越深。1889 年，美国地质学家C.E.达顿第一次提出地壳均衡这个词，并作了详细的讨论。20世纪初,J.F.海福德、海伊斯卡宁(W.A.Heiskanen)和韦宁·迈内兹(F.A.Vening Meinesz)等人进一步完善了普拉特和艾里的假想,形成3种地壳均衡学说。

各种理论

普拉特-海福德地壳均衡模型

认为大地水准面以下某一深度处存在一个等压面，又称均衡补偿面；从大地水准面到该面的距离称为补偿深度D（图1）,此深度几乎处处相等。地球表面之所以出现高山、平原和海洋，是由于地壳冷凝时不均匀收缩所致。从地面到均衡补偿面之间每一个等截面的柱体的质量相等，也就是高度乘地壳密度ρ为常数。

艾里－海伊斯卡宁地壳均衡模型

把地壳视为较轻的均质岩石柱体（名为硅铝层），它漂浮在较重的均质岩浆（名为硅镁层）上，处于平衡状态（图2）。根据阿基米德原理可知，山愈高则陷入岩浆愈深形成山根，海愈深则岩浆向上凸出也愈高，形成反山根。这样，较轻的山根补偿山体的质量过剩，较重的反山根补偿海水的质量不足。因此均衡补偿面通过山根的底部。

韦宁·迈内兹地壳均衡模型

假设地壳本身是具有一定强度的弹性板，高低不等的地形质量是加在此弹性板上的负荷，它将弹性板压弯而不破裂，使其陷入岩浆内,一直达到流体静平衡为止（图3）。弹性板的弯曲量和负荷的重量成正比。由于压弯后的地壳排开了周围的岩浆，因而产生了均衡补偿。这是对艾里-海伊斯卡宁地壳均衡模型的修正,两者不同之处在于艾里－海伊斯卡宁地壳均衡模型是把地壳处理成互不联系的孤立柱体，因此是局部性补偿，而在韦宁·迈内兹地壳均衡模型中，由于地壳的弹性弯曲，不可能把地壳分为彼此没有凝聚作用的孤立柱体，因此这是区域性补偿。