アイソスタシーと地殻構造

山脈や海洋盆地は主に浮力によって支えられている。地殻はより密度の高いマントルの上に浮いており、荷重は深部で補償される。この平衡状態はアイソスタシーと呼ばれ、重力場を形成し、地殻構造を制約する。

Definition

アイソスタシーとは、地球上の地形的荷重が深部での質量欠損またはリソスフェアのたわみによって補償され、補償深度より下では圧力がほぼ均一になる浮力平衡の状態である。地殻構造とは、この平衡が反映する地殻の厚さと密度の層状構造を指す。

Scope

このトピックでは、アイソスタシーの原理と、それが地殻およびリソスフェアの構造に与える影響について扱う。山脈の下に深い地殻の根を持つエアリーモデル、横方向の密度変化を伴うプラットモデル、そして剛性のあるリソスフェアが荷重の下でたわむ、より現実的なたわみモデルが含まれる。補償からの逸脱を示す指標としてのアイソスタシー重力異常、地形、地殻の厚さ、モホ面との関係、およびリソスフェアのレオロジー的強度について論じる。質量荷重がどのように支持され、それが重力と地殻構造にどのように読み取られるかに重点を置く。

Core questions

• 山脈や盆地は重力に逆らってどのように支持されているのか？
• エアリー、プラット、たわみモデルの補償の違いは何か？
• アイソスタシー重力異常は平衡からの逸脱について何を明らかにしているのか？
• 地殻の厚さは地形やモホ面の深さとどのように関係しているのか？

Key concepts

• アイソスタシー平衡と補償深度
• エアリーモデルと地殻の根
• プラットモデルと横方向の密度変化
• リソスフェアのたわみ（地域的）補償
• アイソスタシー重力異常と地殻の厚さ

Key theories

エアリーとプラットの局所的補償

エアリーモデルでは、地形は深い低密度の地殻の根によって浮力で支えられ、プラットモデルでは、異なる密度の柱が共通の補償深度から異なる高さまで上昇する。どちらのモデルも、大きな山脈がその質量から予想されるほどの完全な重力過剰を生じない理由を説明する。

たわみアイソスタシー

リソスフェアは有限の強度を持つため、荷重は局所的に支持されるだけでなく、弾性プレートの地域的なたわみによっても支持される。したがって、補償の波長とリソスフェアのたわみ剛性が、地形がどのように維持されるかを決定する。

Mechanisms

比較的軽い地殻は、より密度が高く延性のある上部マントルの上に浮いている。山脈のような地形的荷重は、その下の局所的な根や密度変化によって、あるいはリソスフェアプレートの弾性的なたわみによって荷重が広い領域に分散されることによって平衡が保たれる。選択される様式はリソスフェアの強度と荷重の大きさによって決まり、いかなる不均衡もアイソスタシー重力異常として現れる。

Clinical relevance

アイソスタシーは、氷河期後の隆起のような長期的な垂直運動を説明し、テクトニクス研究における地殻の厚さとリソスフェアの強度を制約し、資源および工学の文脈において山脈、盆地、大陸縁辺における重力探査を解釈するために不可欠である。

History

エアリーとプラットは、1850年代にヒマラヤ付近での鉛直線偏向を説明するために競合する補償モデルを提案した。20世紀の重力および地震データは地殻の根の存在を確認し、ワッツらが局所的および地域的補償を統合するたわみフレームワークを開発した。

Key figures

• George Biddell Airy
• John Henry Pratt
• Anthony Watts

Seminal works

• turcotte2014
• fowler2005
• watts2001

Frequently asked questions

なぜ高い山は、その質量が示唆するほど多くの余分な重力を生み出さないのか？

山脈は通常、より密度の高いマントルに伸びる低密度の地殻の根によって支持されている。根の質量欠損は、山頂の余分な質量をほぼ相殺するため、正味の重力過剰は、目に見える地形だけが示唆するよりもはるかに小さい。

局所的アイソスタシーとたわみアイソスタシーの違いは何か？

局所的アイソスタシーは、各柱が荷重の真下で独立して平衡していると仮定するのに対し、たわみアイソスタシーは、リソスフェアが強度を持ち、硬いプレートのようにたわむため、荷重の支持がより広い領域に分散されることを認識している。