Isostasi menerangkan kecenderungan bahagian litosfera untuk berada pada aras keseimbangan mengikut ketebalan dan ketumpatannya. Analogi bongkah terapung berguna, tetapi Bumi bukan kerak yang terapung di atas lautan magma. Mantel atas kebanyakannya pepejal; pada suhu, tekanan dan tempoh yang panjang, batuannya boleh berubah bentuk dan mengalir sangat perlahan sehingga beban litosfera dapat disokong dan diagihkan semula.
Ketinggian berkait dengan ketumpatan dan ketebalan
Kerak benua secara umum kurang tumpat dan lebih tebal daripada kerak lautan. Di bawah banyak banjaran gunung, data seismik menunjukkan kerak yang menebal ke bawah seperti akar. Gambaran ini membantu menerangkan mengapa jisim batuan yang tinggi di permukaan boleh disertai bahagian kerak yang lebih dalam, tetapi hubungan antara ketinggian dan ketebalan tidak sama di semua tempat kerana ketumpatan kerak serta mantel juga berubah secara lateral.
Menambah atau membuang beban mengubah keseimbangan
Lapisan ais yang sangat tebal menambah beban dan boleh menekan litosfera ke bawah. Apabila ais mencair dan beban berkurang, daratan boleh naik semula secara perlahan melalui pelarasan isostatik. Prinsip yang sama membantu memahami tindak balas terhadap perubahan besar lain seperti hakisan, pemendapan sedimen dan pembinaan gunung berapi, walaupun magnitud serta kadar tindak balas bergantung pada struktur dan sifat mekanik litosfera serta mantel.
Isostasi bukan satu-satunya punca topografi
Model klasik boleh menerangkan isostasi melalui perubahan ketebalan kerak, perubahan ketumpatan, atau gabungan kedua-duanya. Bumi sebenar lebih rumit. Daya tektonik, kekuatan lentur litosfera, variasi suhu dan ketumpatan mantel serta aliran mantel turut mempengaruhi ketinggian permukaan. Oleh itu, isostasi ialah salah satu kerangka untuk menerangkan keseimbangan jisim, bukan penjelasan tunggal bagi setiap gunung, dataran tinggi atau lembangan.
Contoh angka: akar kerak di bawah banjaran gunung
Kerak benua biasa mempunyai ketebalan kira-kira 30 hingga 40 km. Di bawah Himalaya dan Dataran Tinggi Tibet, ketebalan kerak dianggarkan kira-kira 60 hingga 70 km atau lebih, bergantung pada lokasi dan kaedah ukuran. Ketebalan yang lebih besar ini selaras dengan gambaran bahawa kawasan tinggi disokong oleh kerak yang menebal ke bawah, walaupun hubungan antara ketinggian dan ketebalan tidak sama di setiap tempat.
Pergerakan perlahan boleh diukur
Ahli geofizik menggabungkan ukuran ketinggian, graviti, seismologi dan geodesi untuk menguji model isostasi. Di kawasan yang pernah dilitupi lapisan ais besar, perubahan aras daratan selepas lapisan ais berundur memberikan ujian semula jadi terhadap tindak balas Bumi kepada kehilangan beban. Corak kenaikan dan penurunan yang berbeza antara lokasi juga memberikan maklumat tentang kelikatan mantel dan kekuatan litosfera.
Contoh: Fennoscandia selepas Zaman Ais
Selepas lapisan ais besar yang menutup Skandinavia dan Finland pada Zaman Ais terakhir mencair, daratan di sekitar Teluk Bothnia terus naik. Kadar kenaikan maksimum setempat dianggarkan kira-kira 1 cm setahun, tetapi nilai ini berbeza antara lokasi dan hanya satu anggaran daripada ukuran GPS dan rekod aras laut. Kenaikan yang masih berlaku ribuan tahun selepas ais hilang menunjukkan bahawa mantel bertindak balas dengan sangat perlahan.
Sejarah ringkas: Airy, Pratt dan Dutton
Pada pertengahan abad ke-19, pengukuran berhampiran Himalaya menunjukkan bahawa gunung itu menarik garis tegak dengan lebih lemah daripada jangkaan. George Airy mencadangkan bahawa gunung mempunyai akar kerak yang lebih tebal, manakala John Pratt mencadangkan bahawa batuan di bawah kawasan tinggi dan rendah mempunyai ketumpatan yang berbeza. Clarence Dutton memperkenalkan istilah isostasi pada 1889.
Bagaimana kita mengetahui hal ini?
Apakah idea utama isostasi?