Isostasie
Isostasie en isostatisch evenwicht zijn termen die worden gebruikt om de toestand van gravitationeel evenwicht van een drijvend voorwerp in een vloeistof aan te duiden.
Algemeen
Een voorbeeld van isostasie is een drijvende ijsberg in de zee. Een gedeelte van de ijsberg zal zich onder water bevinden. Zowel de hoogte die het drijvende voorwerp (de ijsberg) heeft (ten opzichte van een willekeurig referentieniveau), als de diepte waartoe het object in de vloeistof doordringt hangen af van de volgende factoren:
- de hoogte of dikte van het voorwerp
- de dichtheid van het voorwerp
- de dichtheid van de vloeistof
Men kan ook alleen met het ratio van de dichtheden rekening houden, de laatste twee factoren worden dan gecombineerd.
Isostasie komt voort uit het principe van Archimedes, die tijdens een bad zag dat als een object onder water gebracht wordt, de massa van het water dat verplaatst wordt gelijk is aan de massa van het gehele object. Hoe zwaarder het object, hoe groter het deel dat zich onder water bevindt.
Toepassing in de geologie en geofysica
In de geologie en geofysica wordt isostasie gebruikt om hoogteverschillen op de aarde natuurkundig te verklaren. Waarom ligt een gebergte hoger dan een vlakte? Men neemt hiervoor aan dat de lithosfeer en de asthenosfeer (het bovenste deel van de aardmantel) in isostatisch evenwicht zijn. De (plastisch deformerende) asthenosfeer wordt gezien als een vloeistof, waar de lithosfeer op drijft. Onder een gebergte zal een zogenaamde gebergtewortel de mantel insteken, omdat de korst hier dikker (en daarmee zwaarder) is dan op andere plaatsen. De hoogte van een gebergte en de diepte van de gebergtewortel hangen nu af van:
- de dichtheden van de asthenosfeer en de plaat, en
- de dikte van de plaat.
Het blijkt dat sommige delen van de lithosfeer niet in isostatisch evenwicht zijn, zoals de Himalaya. In die gevallen zijn andere dingen aan de hand: in het geval van de Himalaya wordt de enorme hoogte bereikt door de laterale (zijwaartse) kracht die het naar het noorden bewegende continent India veroorzaakt.
Aangenomen wordt dat op de schaal van hele continenten, de sterkere lithosfeer drukt op de zwakkere (makkelijker vervormende) asthenosfeer, waardoor in de asthenosfeer materiaal lateraal zal gaan stromen en verschillen in dikte van de lithosfeer in verschillen in hoogte worden vertaald.
Isostatische modellen
Twee verschillende modellen van isostasie worden gebruikt:
- Airy isostasie (genoemd naar George Airy), waarbij wordt aangenomen dat verschillen in topografische hoogte worden veroorzaakt door verschillen in dikte van de lithosfeer.
- Pratt isostasie (genoemd naar John Henry Pratt), waarbij wordt aangenomen dat verschillende hoogtes veroorzaakt worden door verschillen in dichtheid in de lithosfeer (zwaardere lithosfeer zal dieper zinken, daarom ligt de oceaanbodem lager dan de continenten: zie oceanische korst en continentale korst).
Effect van afzetting en erosie
Als grote hoeveelheden sediment worden afgezet in een bepaalde regio, zal het gewicht van het sediment zorgen dat de lithosfeer in zijn geheel naar beneden zakt. Een voorbeeld is de Noordzee, waar op het moment grote hoeveelheden sediment naartoe gevoerd worden door rivieren. De korst onder de Noordzee zakt langzaam. Het tegenovergestelde effect vindt plaats als een grote hoeveelheid van de lithosfeer wordt afgeërodeerd, zoals in een gebergte als de Alpen. In zo'n gebied zal de lithosfeer omhoog komen (tektonische opheffing), waardoor het gebergte weer verder kan eroderen. Door dit effect kan metamorf gesteente aan het oppervlakte komen dat op grote diepte heeft gezeten.
Effect van platentektoniek
Als continenten op elkaar botsen, zal aan de rand waarmee ze tegen elkaar aan komen korstverdikking optreden. Als dit gebeurt kan een groot gedeelte van de verdikking in de gebergtewortel gaan zitten in plaats van in de hoogte van het nieuwe gebergte. Het idee dat het botsen van continenten tot gebergtes leidt, is daarom een simplificatie, eigenlijk kan beter van korstverdikking worden gesproken, waarbij het bovenste gedeelte van de dikkere korst het gebergte vormt.
Zoals eerder gezegd is de lithosfeer bij continentale collisie niet altijd in isostatisch evenwicht vanwege de grote laterale krachten. Het principe van isostasie gaat dan niet op.
Effect op eustasie (zeeniveau)
Eustasie (de verandering in zeeniveau) is meestal niet aan isostatische veranderingen te wijten, maar aan klimaatsveranderingen. Maar isostasie kan wel degelijk een effect hebben op het zeeniveau. In een tijdperk waarin de Aarde zich aan het begin van een Wilsoncyclus bevindt (een tijdperk waarin zich relatief veel oceanische korst vormt, bijvoorbeeld in het Jura en Krijt) zal er relatief meer jonge oceanische korst zijn. Omdat jonge oceanische korst een kleinere dichtheid heeft dan oudere (daarom liggen de mid-oceanische ruggen hoger) zullen in zo'n tijdperk de oceaanbodems hoger liggen ten opzichte van de continenten, waardoor het zeeniveau ook hoger ligt.
Als binnen de geologie gesproken wordt over "relatieve" zeespiegelverandering betekent het dat behalve klimaat ook isostasie een rol speelt.
Effect van ijstijden
Glacio-isostasie is de druk van landijs op de aardkorst waardoor deze verzakt. Bij het afsmelten valt de druk weg en zal de lithosfeer omhoog komen. Tijdens de ijstijden waren Scandinavië en Canada bedekt met ongeveer 3-4 km dikke ijsmassa's. Onder het gewicht van deze ijskappen, zakte de aardkorst 200-250m omlaag. Na het afsmelten van het landijs, zo'n 12.000-10.000 jaar geleden, trad er een zogenaamde postglaciale bodembeweging op. Het gebied kwam weer omhoog. Dit is onder andere nog goed terug te zien bij de Hoge Kust in Noord-Zweden.
In Nederland daarentegen zakte de bodem als compensatie voor de stijging in Scandinavië. Dit effect treedt vooral in Noord-Nederland, Noord-Duitsland en Polen op. De daling in Noord-Nederland bedraagt ongeveer 2 cm over de laatste 100 jaar. In Zuid-Nederland en België is het effect nauwelijks meer meetbaar.
 |
Zie de categorie Isostasy van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp. |