重力学-固体潮

第三节 地壳均衡学说、固体潮
一、地壳均衡学说 (一)均衡理论
1735年和1745年间，布格领导的一个法国大地测量队， 在秘鲁测量子午线的弧长。安第斯山对铅垂线会有一个水 平引力，而这一引力会引起铅垂线方向发生局部变化。
他们在测量中发现，观测到的垂线偏差比理论上计算出的、 已知的安第斯山地形起伏引起的数值要小得多。
从理论上计算出不同地球模型应产生固体潮的理 论值，然后把计算值与实测值进行对比，找出两 者比较接近时的地球模型，这种模型为研究地球 内部构造提供了一定的参考资料。
固体潮观测值在时间上和空间上都有变化。
它在空间上的变化主要反映地壳和上地幔区域结 构的变化。
它在时间上的变化可能与某些灾难性的地震有直 接和间接的联系。因而，通过这种资料的研究， 有可能找出它们与天然地震发生的对应关系，从 而为天然地震的预报工作提供一定的依据。
(三)均衡重力异常
对布格重力异常再作均衡校正，即得到均衡重力 异常。
Δgc≈0：相当于区域均衡补偿接近于平衡状态。 Δgc>0：相当于区域均衡补偿过剩，即地壳中有剩余质量
存在。
Δgc<0：相当于区域均衡补偿不足，即地壳中质量亏损。
海沟正是岩石圈向地幔俯冲的地带，较轻的岩石 圈由于地幔对流而使其俯冲进入软流圈里，出现 了局部的负异常。
平衡条件： 0H(0)t
山根厚度： t 0H 02 0..6 67 0H4.45H
在海洋区
平衡条件： 1 .0 3 h1(D h)0D
山根厚度： t01.03h2.73h 0
所谓地壳均衡，就是说从地下某一深度算起，相同面积所 承载的质量趋于相等，地面上大面积质量的增减，地下必 有所补偿。
地形起伏与地壳厚度变化呈反相关关系，遵循了艾里的均 衡假说。
造山带是由于地壳深部有向上的挤压力使较轻的 地壳升起，在地壳升起的过程中，由于流体静力 平衡作用，山根也会增厚，但增厚的速度小于地 壳上升的速度，所以质量过剩，出现正的均衡异 常。
只有那些现代构造运动微弱或相对稳定的地台及 古陆地区才能达到均衡平衡状态，均衡异常接近 于零。
自由空气重力异常I
Байду номын сангаас
自由空气重力异常II
(二)均衡校正
将大地水准面以上多余的按正常地壳密度分布的 物质全部移去，即遍及全球的地形校正。
将这移去的质量全部填补到大地水准面以下至均 衡补偿面之间(或是山根与反山根)的范围内，并 计算出填补进去的物质在测点处产生的引力铅垂 分量，
将该分量加到布格异常中去，便得到均衡重力异 常Δgc Δgc=ΔgB+δgc
相反的情况。
普拉特(1854年)：地下从某一深度算起(称补偿深 度)，以下物质的密度是均匀的，但以上的物质， 则相同截面的柱体保持相同的总质量，因此地形 越高，密度越小，即在垂直方向是均匀膨胀的。
普拉特均衡条件 在陆地上
平衡条件： (D H ) 0D 常 数
密度：
0
D (D H)
在海洋上
在日、月引力作用下，地球固体表面也会像海水 一样产生周期性的涨落，这就是地球的潮汐现象， 称为地球固体潮。
固体潮随时间和空间的变化，除了和地球、太阳、 月亮三者之间相对位置的变化有关外，还和地球 内部物质的物理性质有关。因而，利用固体潮资 料可以研究地壳内部物质的物理性质和各种物质 的分布规律。
绝对布格重力异常
均衡重力异常
二、固体潮
海水每天有两次涨落运动，其中早晨出现的潮涨 称为潮，晚上出现的潮落称为汐，总称潮汐。
地球上海潮涨落主要是由月球还是太阳引起的？ 月球和太阳对地球的引力不但可以引起地球表面流 体的潮汐（如海潮、大气潮），还能引起地球固 体部分的周期性形变（固体潮）。 太阳的质量虽比月球的质量大得多，但月球同地 球的距离比太阳同地球的距离近，月球的引潮力 比太阳的引潮力大。
平衡条件： 1 .0 3 h1(D h)0D
密度：
1
0D1.03h
Dh
艾里(1855年)：把地壳视为较轻的均质岩石柱 体，漂浮在较重的均质岩浆之上、处于静力平 衡状态，根据阿基米德浮力原理可知，山愈高 则陷入岩浆愈深形成山根，而海愈深则缺失的 质量越多，岩浆将向上凸出也愈高，形成反山 根。
艾里均衡条件 在山区
小结
均衡理论 普拉特均衡原理 艾里均衡原理 均衡校正 均衡重力异常的含义 固体潮
布格首先注意到了这一差异，几年后波斯科维奇用山下物 质亏损的假设来解释这一结果。
在地下某个深度(称为补偿深度)的下面，地球内 部的压力是流体静压力或静水压力，这就意味著 在补偿深度处单位横截面上伏柱体的重量，必须 完全是相等的；地球曲率的小的校正会造成一些 差别。
如果在地球的表面存在过剩的负载，例如山脉， 洋脊或冰帽，那么如果达到了均衡，在这个表面 之下，补偿深度之上，一定存在一个等效的补偿 质量的亏损；对于海洋，这样的亏损负载会出现