등각성

등각성(Isosty, 그리스어로 "같다", "정지하다"는 뜻)은 지각(또는 암석권)과 맨틀 사이의 중력 평형 상태이며 지각이 두께와 밀도에 따라 "떠다니는" 상태를 말한다.이 개념은 지구 표면에 어떻게 다른 지형적 높이가 존재할 수 있는지를 설명하기 위해 호출됩니다.원래 대륙 지각과 ^[1]맨틀의 관점에서 정의되었지만, 이는 이후 암석권과 암연권, 특히 하와이 군도와 같은 해양 섬 ^[2]화산과 관련하여 해석되었다.

비록 지구는 많은 다른 ^[3]방식으로 하중에 반응하는 동적 시스템이지만, 등각성은 지각과 맨틀이 정적 평형 상태에 있는 중요한 제한 경우를 묘사합니다.특정 지역(히말라야 산맥 및 기타 수렴 변위)은 등정적 평형에 있지 않으며 등정적 모델에 의해 잘 설명되지 않는다.

'등각성'이라는 일반적인 용어는 1882년 미국의 지질학자 클라렌스 더튼에 ^[4][5][6]의해 만들어졌다.

개념의 역사

18세기에 프랑스의 측지학자들은 위도가 다른 곳의 위도(호 측정)의 길이를 측정하여 지구의 모양을 결정하려고 시도했다.에콰도르에서 일하는 한 단체는 수직 방향을 결정하는 데 사용되는 수직선이 인근 안데스 산맥의 중력에 의해 휘어질 것이라는 것을 알고 있었다.그러나, 그 굴곡은 예상보다 적었고, 이는 산의 질량을 보상하는 낮은 밀도의 뿌리를 가진 산들에 기인했다.즉, 낮은 밀도의 산뿌리가 주변 지형에 있는 산의 무게를 지탱하는 부력을 제공했다는 것이다.19세기 영국의 인도 측량사들에 의한 유사한 관찰은 이것이 산간 지역에 널리 퍼진 현상이라는 것을 보여주었다.나중에 측정된 국지 중력장과 고도와 국지 지형에서 예상된 차이(부게르 이상)가 해양 분지에서는 양수이고 대륙 고지대에서는 음수라는 것이 밝혀졌다.이는 해저 분지의 낮은 고도와 대륙의 높은 고도가 ^[7]깊이에서 보상된다는 것을 보여준다.

미국의 지질학자 클라렌스 더튼은 1882년 이 일반적인 ^[4][5][6]현상을 설명하기 위해 '등각성'이라는 용어를 만들었다.하지만, 그 현상을 설명하는 두 가지 가설은 1855년 조지 에어리와 존 헨리 ^[8]프랫에 의해 이미 제시되었다.에어리 가설은 나중에 핀란드의 측지학자 베이코 알렉산테리 하이스카넨에 의해, 프랫 가설은 미국의 측지학자 존 필모어 헤이포드에 의해 다듬어졌다.^[3]

에어리-헤이스카넨 가설과 프랫-헤이포드 가설은 모두 등위성이 국소 정수적 균형을 반영한다고 가정한다.세 번째 가설인 암석권의 굴곡은 지구의 바깥 껍질인 암석권의 ^[9]강성을 고려합니다.암석권 굴곡은 마지막 빙하가 녹은 후 스칸디나비아에서 솟아오른 해안선을 설명하기 위해 19세기 말에 처음 사용되었다.그것은 마찬가지로 미국의 지질학자 G. K. 길버트에 의해 ^[10]본네빌 호수의 융기된 해안선을 설명하기 위해 사용되었다.이 개념은 1950년대에 네덜란드의 측지학자인 베닝 마인즈에 ^[3]의해 더욱 발전되었다.

모델

등시성의 주요 모델은 다음과 같습니다.^[3][11]

1. 에어리-Heiscanen 모델 – 지각 두께의 변화에 따라 다양한 지형 높이가 수용되며, 지각의 밀도가 일정합니다.
2. 프랫-헤이포드 모델 – 암석 밀도의 측면 변화에 따라 지형적 높이가 다르게 조정된다.
3. Vening Meinesz 또는 휨 등각성 모델 - 암석권이 탄성 플레이트 역할을 하며 고유 강성이 굽힘에 의해 광범위한 영역에 걸쳐 국소 지형 하중을 분산합니다.

에어리와 프랫 등각성은 부력의 표현이지만, 휨 등각성은 유한 탄성 강도의 시트를 꺾을 때의 부력의 표현입니다.즉, Airy 및 Pratt 모델은 재료 강도를 고려하지 않고 순수하게 정수압이며, 휨 등간성은 강체 지각의 변형으로 인한 탄성력을 고려합니다.이러한 탄성력은 부력을 큰 변형 영역에 걸쳐 더 집중된 하중에 전달할 수 있습니다.

맨틀 물질이 정지해 있을 때만 완벽한 등정적 평형이 가능하다.그러나 맨틀에는 열대류가 존재한다.이것은 등각성의 정적 이론을 설명하지 않는 점성력을 도입한다.등압 이상 또는 IA는 Bouger 이상에서 지표면 아래 보정에 의한 중력 이상을 뺀 값으로 정의되며, 국부적으로 등압 평형에서 이탈하는 측정값이다.평지 고원의 중심에서는 자유기 이상과 ^[12]거의 같다.DDI(Deep Dynamic Isosty)와 같은 모델은 이러한 점성력을 포함하고 동적 맨틀과 암석권에 ^[13]적용할 수 있다.등정반발률(지각하중의 변화에 따른 등정평형으로의 복귀) 측정은 상부 ^[14]맨틀의 점도에 대한 정보를 제공한다.

에어리

모델의 기초는 파스칼의 법칙이며, 특히 정적 평형 상태의 유체 내에서 정수압은 동일한 고도(정압 보상 표면)^[3][8]의 모든 점에서 동일하다는 결과입니다.

hcp₁₁₂ = hcp₂ = hcp₃ = hcp₃ = ...할_nn 수 없다

단순화된 그림의 경우 산악지대 뿌리 깊이₁(b)는 다음과 같이 계산된다.

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

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

${\displaystyle b_{1}=blac {h_{1}\rho _{c}}{\rho _{m}-\rho _{c}}}$

여기서 ${\displaystyle {\theta }_{}}$ m$${ $displaystyle \rho$ _${m}$은 맨틀의 밀도(약 3,300 kgm⁻³), ${\displaystyle {\theta }_{}}$c { { $displaystyle \rho$ _${c}}$는 지각의 밀도(약 2,750 kgm⁻³)이다.따라서 일반적으로 다음과 같습니다.

b₁ † 5µh₁

음의 지형(해양 분지)의 경우, 암석권 기둥의 균형은 다음을 제공한다.

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

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

${displaystyle b_{2}=frac {rho _{c}-\rho _{w}}{\rho _{m}-\rho _{c}}{h_{2}}$

여기서 ${\displaystyle {\theta }_{}}$ m${\displaystyle$ \$rho$ _${m}$은 맨틀의 밀도(약 3,300kgm⁻³), ${\displaystyle {\theta }_{}}$ c$${\$displaystyle \rho$_{$c}$는 지각 밀도(약 2,750kgm⁻³), ${\displaystyle {\theta }_{}}$ w ${\$ _${w}$는 물의 밀도(약 1,000kgm⁻³)이다.따라서 일반적으로 다음과 같습니다.

b₂ 3 3.2µh₂

프랫

표시된 단순화된 모델의 경우, 새로운 밀도는 ${\displaystyle {for\mathrm{}}_{}}$ 1 ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle c_{}}$ c ${\displaystyle \frac{h{}_{}{1\mathrm{}}_{}}{}}$ + ${\displaystyle \frac{c}{}}$ ${\$_ {1} = \$rho$_ {$c} {\frac$ {c} $\{$$c} {\display$ style $h_{1}$ + c$}}$로 지정됩니다. $여기$서 ${\displaystyle {h\mathrm{}}_{}}$ 1$${\$displaystyle$ h_{1}}는$$ 산의 높이와 ^[3][15]지각의 두께입니다.

Vening Meinesz / 플렉시블

이 가설은 암석권의 국지적 변위가 아닌 지역적 변위에 의해 해산(예: 하와이 제도)과 같은 지형적 하중이 어떻게 보상될 수 있는지를 설명하기 위해 제시되었다.이것은 보다 일반적인 암석권 굴곡 해법으로, 부하는 굴곡 파장보다 훨씬 커지거나 암석권의 굴곡 강성이 ^[3][9]0에 가까워지기 때문에 위의 국소 보정 모델에 접근합니다.

예를 들어, 해양 지각 영역의 수직 변위 z는 미분 방정식으로 설명될 것이다.

${\displaystyle D{\frac {d^4}z}{display^{4}}+(\rho _{m}-\rho _{w})zg=P(x)}$

여기서 ${\displaystyle {\theta }_{}}$ m${\displaystyle$ \$rho$ _${$$m}$ 및$$$w$ {\$displaystyle$ \$rho$ _${$w$$}는 미심권과 바닷물의 밀도, g는 중력에 의한 가속도, $)$ {$displaystyle$ P$(x)}$는 해양 지각의 하중이다.파라미터 D는 휨 강성으로 다음과 같이 정의됩니다.

${\displaystyle D=ET_{c}^{3}/12(1-\sigma ^{2})}$

여기서 E는 영률,$\theta {\displaystyle }$ {\$displaystyle \sigma}$는 포아송 비율, ${\displaystyle T_{}}$c {\$displaystyle T_{c}$는 암석권의 두께입니다.이 방정식의 해는 특징적인 파장을 가지고 있다.

$\displaystyle \kappa = paramrt[{4}]{(\rho _{m}-\rho _{w})g/4D}}}$

강체층이 약해질수록 $\displaystyle\kappa}$는 무한대에$$ 가까워지고 거동은 Airy-Heiskanen ^[14]가설의 순수 정수적 균형에 근접한다.

보상 깊이

보상 깊이(보상 수준, 보상 깊이 또는 보상 수준이라고도 함)는 압력이 수평 표면에서 동일한 깊이입니다.안정된 지역에서는 깊은 지각에 있지만, 활동적인 지역에서는 ^[16]암석권 밑바닥 아래에 있을 수 있습니다.프랫 모델에서는 모든 암석의 밀도가 동일한 깊이입니다. 이 깊이를 초과하면 지형 고도가 ^[17]클수록 밀도가 낮아집니다.

시사점

퇴적 및 침식

특정 지역에 많은 양의 침전물이 퇴적될 때, 새로운 침전물의 엄청난 무게로 인해 아래의 지각이 가라앉을 수 있습니다.마찬가지로 많은 양의 물질이 한 지역에서 침식되면 토지가 상승하여 보상할 수 있습니다.따라서 산맥이 침식되면 (감소된) 범위가 위쪽으로(어느 정도) 리바운드하여 더 침식됩니다.현재 지표면에서 볼 수 있는 암석층 중 일부는 다른 지층 아래에 묻혀 있는 지표면 아래 깊은 곳에서 대부분의 역사를 보냈을지도 모른다.이들은 결국 다른 지층이 침식되고 아래 지층이 위로 ^[18]반등하면서 드러나게 된다.

빙산은 항상 질량의 일정 비율로 수면 아래에 떠 있는 것과 유사할 수 있다.만약 눈이 빙산의 꼭대기까지 떨어지면, 빙산은 물에 더 낮게 가라앉을 것이다.만약 빙산의 꼭대기에서 얼음층이 녹으면, 남은 빙산은 상승할 것이다.비슷하게, 지구의 암석권은 암석권에서 "^[8][19]떠다닌다".

대륙 충돌

대륙이 충돌할 때 대륙 지각은 충돌의 가장자리에서 두꺼워질 수 있다.또한 플레이트 중 하나가 다른 플레이트 아래에 있는 것은 매우 흔한 일입니다.그 결과 충돌 지대의 지각 두께는 80km(50mi)에 달하는데 비해 ^[21]대륙 지각 두께는 40km(25mi)가 된다.위에서 언급한 바와 같이, 에어리 가설은 결과로 생기는 산의 뿌리가 산의 높이보다 약 5배, 즉 8km에 비해 32km 깊을 것으로 예측한다.다시 말해, 빙산의 대부분이 수면 아래에 있는 것처럼 두꺼워진 지각의 대부분은 위로 이동하지 않고 아래로 이동한다.

그러나 수렴판 가장자리는 구조적으로 매우 활동적이며, 그 표면 특성은 동적 수평 응력에 의해 부분적으로 지지되므로 완전한 등정적 평형 상태에 있지 않다.이 지역들은 지구 ^[22]표면에서 가장 높은 등각 이상을 보여준다.

중앙해령

미드오션 능선은 프랫 가설에 의해 상부 ^[22]맨틀의 밀도가 비정상적으로 낮은 지역이라고 설명됩니다.이는 ^[23]용마루 아래에 존재하는 고온으로부터의 열팽창을 반영합니다.

유역 및 범위

북아메리카 서부의 분지와 레인지 주에서는 태평양 연안 부근을 제외하고는 등정 이상 현상이 작으며, 이는 이 지역이 일반적으로 등정 평형에 가깝다는 것을 나타낸다.그러나 지각의 바닥까지의 깊이는 지형의 높이와 강하게 상관하지 않는다.이는 (Pratt 가설을 통해) 이 지역의 상부 맨틀이 불균일하며 ^[22]밀도의 큰 횡방향 변화를 보인다는 증거를 제공한다.

빙상

빙상의 형성은 지구의 표면을 가라앉게 할 수 있다.반대로, 한 때 빙판으로 덮여 있던 발트 해와 허드슨 만 주변과 같은 지역에서 등정빙 후 반동이 관찰된다.얼음이 후퇴함에 따라, 암석권과 암석권의 부하가 감소하여 평형 수준으로 되돌아갑니다.이러한 방법으로, 현재의 해수면 수백 미터 상공에서 이전의 바다 절벽과 관련 파도를 가르는 플랫폼을 찾을 수 있다.리바운드 움직임이 너무 느려서 지난 빙하기의 종말로 인한 상승이 여전히 ^[18]계속되고 있다.

육지와 바다의 수직 이동 외에 지구의 등정적 조정은 수평 ^[24]이동도 포함한다.그것은 지구의 중력장과^[25] 회전 속도, 극지 이동,^[26] 그리고 ^[27]지진을 일으킬 수 있다.

암석권-상류권 경계

등각성 가설은 종종 암석권-상층 경계(^[28]LAB)의 위치를 결정하기 위해 사용된다.

「 」를 참조해 주세요.

• 아르키메데스의 원리 – 유체 역학에서의 부력 원리
• 윌리엄 보위(엔지니어)– 미국의 측지공학자
• 라우, 고틀란드 – 스웨덴 고틀란드 섬 지역
• 해양 테라스 – 긴급 해안 지형
• 중력 이상 – 이상적인 위치와 관측된 중력 가속도 사이의 차이
• 구조물리학 발전 연표(1954년 이전)

레퍼런스

추가 정보

• Lisitzin, Eugenie (1974). Sea-level changes. Amsterdam: Elsevier Scientific Pub. Co. ISBN 9780080870441. Retrieved 23 March 2022.

외부 링크

• Oldham, Richard Dixon (1922). "Isostasy" . Encyclopædia Britannica (12th ed.).