Книга: Вам, земляне

Принцип изостазии

Принцип изостазии

Как уже говорилось, обычный маятник и, конечно, более сложные гравиметрические приборы могут успешно выступать в роли разведчиков земных недр. Неоднородности земной коры тотчас же отражаются на измеряемой силе тяжести, и это позволяет вести, в частности, гравиметрическую разведку полезных ископаемых.

В результате гравиметрической разведки получают сведения нс только о самых верхних частях земной коры, но подчас о строении Земли на значительных глубинах (до 1000 км) в пределах обширных районов (регионов). Гравиметрическая разведка основана на отклонениях от средней нормы (аномалиях) силы тяжести. Между тем во всеземном, глобальном масштабе отклонения силы тяжести от нормы имеют некоторую закономерность, связанную, несомненно, со строением глубокозалегающих слоев Земли. Аномалия силы тяжести считается положительной, если эта сила (точнее, вызываемое ею ускорение) превышает среднюю норму, и отрицательной — в противоположном случае.

Почти во всех точках поверхности Земли измерялось (и, как правило, многократно) ускорение свободною падения. Еще в 1932 г. в Советском Союзе началась общая гравиметрическая съемка, при которой среднее расстояние между гравиметрическими пунктами составляло примерно 30 км. Ныне сеть гравиметрических пунктов на значительной части территории СССР и других стран давно уже намного гуще, чем один пункт на 1000 км².

Ускорение свободного падения измерено повсюду — и на материках, и на океанах. Получены результаты, которые заранее предугадать было невозможно, так как они противоречили пресловутому здравому смыслу. Оказалось, что на одной и той же широте ускорение свободного падения в среднем почти одинаково и на океанах, и на материках, хотя, судя по различным данным, толщина континентальной земной коры (в среднем 35–40 км) значительно больше толщины океанической коры (около 5 км). Даже такие мощные горные хребты, как Гималаи, вызывали гораздо меньшее притяжение к себе отвеса, чем можно было бы ожидать.

Так как средняя плотность земной коры примерно в 2,5 раза выше плотности воды, то естественно было предположить, что дно океанов состоит из гораздо более плотного вещества, чем материки, и этим самым компенсируется малая плотность океанических вод. Сторонники этой точки зрения, впервые высказанной еще в прошлом веке, считают, что где-то на глубине около 100 км существует особая уровенная поверхность, давление на которую со стороны вышележащих слоев (и под материками, и под океанами) одинаково. Ее назвали изостатической поверхностью (рис. 14), что, собственно, и означает «поверхность одинакового давления», а само предположение о ее существовании получило в геодезии наименование гипотезы изостазии.

Рис. 14. Изостатическая поверхность.

О том, что ускорение свободного падения повсюду на Земле примерно одинаково, свидетельствует форма геоида и его почти совершенно гладкая поверхность. Если бы сравнительно высокая плотность материковых масс ничем не компенсировалась в районе океанов, то, во-первых, геоид имел бы гораздо более неровную, чем на самом деле, поверхность и, во-вторых, неровности соответствовали бы распределению океанов и материков. Значит, действительно внутри Земли действует какой-то компенсационный механизм, создающий наблюдаемую картину.

Ученые прошлого века Пратт и Эри представляли себе компенсационный механизм по-разному. Пратт (1854 г.) полагал, что возвышенные части земной коры оказались приподнятыми благодаря своей малой плотности. Иначе говоря, здесь имеет место явление, хорошо нам знакомое из житейской практики: чем больше нагрузить лодку, тем глубже она осядет в воду. Эри (1855 г.) представлял себе механизм компенсации несколько иначе. Отдельные части земной коры он уподоблял исполинским чурбакам одинаковой плотности, плавающим в воде. Чурбак, выступающий из воды больше, чем остальные, должен быть погружен на наибольшую глубину. Кто же оказался прав — Эри или Пратт?

Хейсканен и другие ученые, подробно изучив этот вопрос (1958 г.), пришли к выводу, что изостатическое равновесие земной коры в среднем на 63 % осуществляется «по Эри» и на 37 % — «по Пратту». И в том и в другом вариантах предполагается, что на некоторой глубине вещество Земли перестает быть твердым и приобретает свойства очень густой, вязкой жидкости. Примечательно, что этот вывод о природе глубоких слоев Земли сделан без прямого глубинного зондирования, на основании измерений силы тяжести на поверхности. Что касается больших глубин, то сведения о них были получены главным образом при изучении землетрясений.