Die Ausbalanzierung der Erdkruste (Versuch einer Drei-Schichten-Isostasie) |
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| Authors: | Dr Robert Schwinner |
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| Institution: | (1) Univ.-Professor, Schillerstrasse 1, Graz, (Oesterreich) |
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| Abstract: | Zusammenfassung In der Verteilung der Schwere an der Erdoberfläche sind gewisse grosse Züge bereits kenntlich geworden. So sind allgemein die (wie gebräuchlich) isostatisch reduzierten Schwerewerte im Ozeangebiet grösser, im Kontinent kleiner als die Normalschwere, u.z. beträgt Unterschied zwischen beiden ca. 60 mgal. Man hat das dahin gedeutet, dass wirklich eineAbweichung vom Zustand isostatischen Gleichgewichtes vorliege. Das führt zu geologisch unbefriedigenden Folgerungen. Andrerseits kann eine isostatisch vollkommen ausbalanzierte Massenverteilung der Erde im Meeresniveau Schwerewerte liefern, die von der Normalschwere systematisch abweichen, ja — genau besehen — müssen solche rechnungsmässige «Anomalien» die Regel sein.In dem gebräuchlichen Modell der 2-Schichten-Isostasie überwiegt die Gravitationswirkung der Unregelmässigkeiten in der Oberflächenschicht jene der Kompensationsmassen, die in derAiry-(Pratt-) Zone bis 60 (bezw. 120) km tief liegen. Daher muss über einem in vollkommenem isostatischen Gleichgewicht flottierenden Kontinent positive, über dem Ozean negative «Anomalie» aufscheinen. Der Unterschied zwischen beiden Bereichen ist nicht gross (ca. 10 mgal), aber dem Vorzeichen nach das Gegenteil des Beobachteten.Wir schlagen dagegen ein 3-Schichten-Modell vor, in dem die Massenunregelmässigkeiten der Oberfläche (Schicht 1) durch Massen entgegengesetzten Vorzeichens, die in derAiry-Zone (2) liegen, stark — fast bis ans doppelte — überkompensiert werden, worauf erst in Schicht 3 (Tiefherd-Zone, –50 bis –500 km) die vollständige Ausbalanzierung zum hydrostatischen Gleichgewicht herbeigeführt wird. Das ergibt sich — mit plausibeln Annahmen über die Dichten — im Ozean positive, im Kontinent negative «Anomalie», und wenn man die Dimensionen wie die des Pazifik, bezw. Asiens annimmt, beträgt der Unterschied zwischen beiden rund 60 mgal—genau wie beobachtet! Die neue Ausgleichszone wurde in –500 km gewählt, weil in dieser Tiefe eine Sprungschicht von grösserer Nachgiebigkeit liegt. Das ergibt sich aus der Verbreitung der Tiefherdbeben, deren Vorkommen allein schon beweist, dass unter derAiry-(Pratt)schen Ausgleichszone, gegen die Grundannahme von hydrostatischem Gleichgewicht dortselbst und tiefer, grosse Gleichgewichtsstörungen noch viel tiefer auftreten und das recht häufig. Diese Wahl der Ausgleichstiefe wird auch durch andere geophysikalische Ueberlegungen gestützt.
Summary In the distribution of gravity at the Earth's surface the main features are already discernible. So the isostatically corrected gravity is greater than the normal gravity at the area of the ocean, but it is smaller than this on the continent. The difference between both amounts to ca. 60 milligal. One has explained this by the assumption of areal deviation from equilibrium. This hypothesis leads to geologically unsatisfyng conclusions. On the other hand a perfectly equilibrated mass — distribution of the Earth may furnish values of gravity at the sea-level, which are systematically deviating from the normal gravity, and — after careful consideration — such calculated «anomalies» must be almost a rule.In the common model of a 2-layers-isostasy the attraction of the irregularities in the surface-layer outweighs that of the compensation-masses, which are situated in a depth up to 60 (respectively 120) km, in theAiry-Pratt-zone. Therefore positive anomalies must appear on a continent floating in a perfect isostatic equilibrium and negative ones on the ocean. The difference between the two regions is not great (approximately 10 milligal) but has just the opposite sign as it is observed.On the other hand we propose a 3-layers-model of isostasy, in which the mass-irregularities of the surface (layer I.) are intensively (almost up to the double value) overcompensated in theAiry-zone (layer II.), whereupon only then at the layer III. (zone of deep-shocks: –50 to –500 km) the perfect equipoised hydrostatic equilibrium is brought about. Thereform results — with plausible assumptions concerning the densities of the layers etc. — positive anomaly on the ocean and a negative one on the continent; and if we assume the dimensions like that one of the Pacific (respetively Asia), the difference between both amounts in round numbers to 60 milligal — exactly as it has been observed! The new zone of isostatic adjustement was chosen in –500 km, because there is a zone of yielding at this depth. This results from the distribution of thedeep focus earthquakes, the mere occurrence of which already proofs that under the zone of isostatic adjustement assumed byPratt orAiry great deviations from equilibrium take place in contradiction to their fundamental assumption of hydrostatic equilibrium in this depth and still deeper. This is also supported by other geophysical evidence. |
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