Đẳng tĩnh

Đẳng tĩnh (tiếng Anh: isostasy) là một thuật ngữ sử dụng trong địa chất học để chỉ trạng thái cân bằng trọng lực giữa thạch quyển và quyển mềm của Trái Đất mà theo đó các mảng kiến tạo "nổi" ở một độ cao nhất định tùy thuộc vào bề dày và mật độ của chúng. Quan điểm này được diện dẫn để giải thích các độ cao địa hình khác nhau trên bề mặt Trái Đất. Khi một khu vực cụ thể của thạch quyển đạt đến trạng thái đẳng tĩnh, nó được gọi là cân bằng đẳng tĩnh. Đẳng tĩnh không phải là một quá trình làm mất trạng thái cân bằng mà là tái cân bằng. Về mặc tổng quát, người ta chấp nhận rằng Trái Đất là một hệ thống động lực phản ứng lại các tải trọng theo nhiều kiểu khác nhau, tuy nhiên đẳng tĩnh cho thấy một cách nhìn quan trọng về các quá trình đang diễn ra trong trên thực tế. Vì vậy, các khu vực cụ thể (như Himalaya) không phải là trường hợp cân bằng đẳng tĩnh, đã làm cho các nhà nghiên cứu xác định những nguyên nhân khác để giải thích về sự nâng cao địa hình của chúng (trong trường hợp dãy Himalaya, người ta cho rằng độ cao của chúng là do lực tác động của mảng Ấn Độ).

Đẳng tĩnh tuân theo quy tắc đẩy nổi được Archimedes quan sát trong bồn tắm. Ông nhận thấy rằng khi một vật thể bị nhấn chìm, thì nó sẽ thay thế một lượng nước tương đương với thể tích của nó. Ở góc độ địa chất học, đẳng tĩnh có thể được quan sát ở những nơi mà thạch quyển bền của Trái Đất tác động một ứng suất trên quyển mềm yếu hơn làm nó đứng vững trên quyển mềm mà không ngả theo chiều bên, khi đó theo thời gian địa chất, sự hiệu chỉnh về độ cao sẽ diễn ra sao cho phù hợp với tải trọng của thạch quyển.

Thuật ngữ "đẳng tĩnh" được đặt ra năm 1889 bởi nhà địa chất học người Mỹ Clarence Dutton.^[1]

Mô hình đẳng tĩnh

Có ba mô hình chính được sử dụng:

1. Mô hình Airy–Heiskanen: trong đó các độ cao địa hình khác nhau có thay đổi trong độ dày của lớp vỏ, và lớp vỏ có khối lượng riêng không đổi.^[2]
2. Mô hình Pratt–Hayford: trong đó các độ cao địa hình khác nhau có thay đổi theo phương ngang về khối lượng riêng của đá.
3. Mô hình Vening Meinesz, hoặc đẳng tĩnh uốn nếp: trong đó quyển đá có nhiệm vụ làm một mảng đàn hồi và độ cứng vốn có của nó phân bố khối lượng tải cục bộ lên một khu vực rộng bằng cách uốn nếp.

Đẳng tĩnh Airy và Pratt liên quan đến sự nổi, trong khi đẳng tĩnh uốn cong liên quan đến sự nổi khi làm lệch một vỉa có giới hạn đàn hồi xác định.

Airy

Đẳng tĩnh Airy, trong đó một lớp vỏ có khối lượng riêng không đổi nổi trên một lớp phủ có khối lượng riêng lớn hơn, và địa hình được xác định bỏ độ dày lớp vỏ.

Đẳng rĩnh Airy áp dụng một bối cảnh bồn trũng thực, trong đó tổng tải trên lớp phủ được tạo thành bằng đế lớp vỏ, lớp trầm tích có khối lượng riêng thấp hơn và nước của đại dương nằm trên

Cơ sở của mô hình này là định luật Pascal, và cụ thể là kết quả là trong một chất lỏng ở trạng thái cân bằng tĩnh, áp suất thủy tĩnh bằng nhau trên tất cả các điểm cùng độ cao (bề mặt bù trừ thủy tĩnh). Nói cách khác là:

h₁⋅ρ₁ = h₂⋅ρ₂ = h₃⋅ρ₃ =... h_n⋅ρ_n

Đối với một bối cảnh đơn giản có độ sâu của đế dãy núi (b₁) là:

${\displaystyle (h_{1}+c+b_{1})\rho _{c}=(c\rho _{c})+(b_{1}\rho _{m})}$
${\displaystyle {b_{1}(\rho _{m}-\rho _{c})}=h_{1}\rho _{c}}$
${\displaystyle b_{1}={\frac {h_{1}\rho _{c}}{\rho _{m}-\rho _{c}}}}$

trong đó ${\displaystyle \rho _{m}}$ là khối lượng riêng của lớp phủ (ca. 3,300 kg m⁻³) và ${\displaystyle \rho _{c}}$ là khối lượng riêng của lớp vỏ (ca. 2,750 kg m⁻³). Do đó, chúng ta có thể coi:

b₁ ≅ 5⋅h₁

Trong trường hợp địa hình có giá trị âm (VD: bồn trũng đại dương), việc cân bằng các cột quyển đá cho:

${\displaystyle c\rho _{c}=(h_{2}\rho _{w})+(b_{2}\rho _{m})+[(c-h_{2}-b_{2})\rho _{c}]}$
${\displaystyle {b_{2}(\rho _{m}-\rho _{c})}={h_{2}(\rho _{c}-\rho _{w})}}$
${\displaystyle b_{2}=({\frac {\rho _{c}-\rho _{w}}{\rho _{m}-\rho _{c}}}){h_{2}}}$

trong đó ${\displaystyle \rho _{m}}$ là khối lượng riêng của lớp phủ (ca. 3,300 kg m⁻³), ${\displaystyle \rho _{c}}$ là khối lượng riêng của lớp vỏ (ca. 2,750 kg m⁻³) và ${\displaystyle \rho _{w}}$ là khối lượng riêng của nước (ca. 1,000 kg m⁻³). Do đó, chúng ta có thể coi:

b₂ ≅ 3.2⋅h₂

Pratt

Tham khảo

1. "Clarence Edward Dutton" (PDF) (bằng tiếng Anh). 1958. Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 11 tháng 10 năm 2014. Truy cập ngày 7 tháng 10 năm 2014.
2. "Đẳng tĩnh" (bằng tiếng Anh). Truy cập ngày 11 tháng 4 năm 2017.