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Che cos’è l’isostasia?

LEE Boon-ying

Che cos’è l’isostasia?

I modelli di isostasia sono stati proposti più di un secolo fa per spiegare misure insolite di gravità (cos’è la gravità? come si misura?) fatte in varie parti della Terra. Il concetto di isostasia è che le montagne sono compensate da masse di minore densità sotto le montagne, mentre gli oceani sono compensati da masse di maggiore densità sotto l’acqua.

Visto in questo modo, l’isostasia si basa semplicemente sul principio di Archimede — un oggetto immerso sperimenta una forza di galleggiamento pari al peso del fluido spostato.

Che cosa sono le misure di gravità insolite?

Le misure di gravità insolite menzionate sopra sono normalmente indicate come “anomalie di gravità”. In parole povere, è la differenza tra una misura di gravità (corretta per vari fattori) e il valore teorico.

La figura 1 mostra i grafici delle anomalie di gravità rispettivamente sulla dorsale medio-atlantica, le Alpi europee e i margini continentali dell’Australia sud-orientale. Sorprendentemente, questi grafici indicano che sopra gli oceani l’anomalia è fortemente positiva, aumentando in grandezza con la profondità, mentre su terreni molto elevati diventa marcatamente negativa.

Quali sono i modelli di isostasia? I due modelli più comunemente menzionati sono:-

1. Modello di Airy – la crosta è di spessore variabile ma di densità costante ed è più spessa sotto terreni elevati che sotto depressioni come gli oceani. La profondità delle “radici” sottostanti è legata all’altezza della topografia sovrastante.
2. Modello di Pratt – la crosta è di densità variabile ma la sua base è ad una profondità costante sotto il livello del mare. L’altezza topografica è legata alla densità della crosta in quel punto.

La figura 2 presenta diagrammi schematici per i due modelli.

Mentre entrambi i modelli si basano su ipotesi non troppo realistiche, descrivono sorprendentemente bene la gravità osservata su regioni di terreno variabile, il che indica che il concetto di isostasia è rispettato su gran parte del mondo.

L’Himalaya è in equilibrio isostatico?

No. L’isostasia può spiegare solo una parte del sollevamento dell’Himalaya. Gli scienziati stanno ancora cercando di capirlo. Alcuni propongono che l’Himalaya sia costantemente spinto ad altezze sempre maggiori dal movimento verso nord della placca indiana (vedi qui).

Quali sono gli effetti isostatici della sedimentazione e dell’erosione?

Dove si verifica la sedimentazione, il peso del sedimento può far affondare la crosta sottostante. Allo stesso modo, dove si verifica l’erosione, la crosta può rimbalzare.

Allo stesso modo, quando si formano gli strati di ghiaccio la crosta può sprofondare. Al contrario, quando si sciolgono, la crosta può rimbalzare, come sta accadendo intorno al Mar Baltico e alla baia di Hudson in Canada. In particolare, la Scandinavia e la Scozia erano sotto più di 300 metri di ghiaccio durante le ere glaciali, e il sollevamento è più veloce nel Baltico settentrionale dove è ancora in corso al ritmo di circa un metro al secolo, cioè circa un centimetro all’anno. Come un’altalena, con meno carico di ghiaccio dall’altra parte della massa terrestre, il Baltico meridionale e l’Inghilterra meridionale stanno ora affondando.

Cos’è la gravità?

Gli oggetti si attraggono a vicenda, per esempio l’attrazione tra il Sole e la Terra, e quella tra la Terra e un oggetto sulla superficie terrestre. Sulla superficie terrestre esiste un’altra forza, la forza centrifuga, che deriva dalla rotazione diurna della Terra. La gravità è l’effetto combinato delle forze di attrazione (che chiamiamo gravitazione) e centrifuga.

Molti di noi sanno che l’accelerazione dovuta alla gravità della Terra, g, è circa 9,8 m/s2. Essa varia con la latitudine e l’altitudine. Per esempio, la forza centrifuga di cui sopra è massima all’equatore, agisce in direzione opposta ed è circa 1/3% dell’attrazione gravitazionale. Inoltre, g cambia con l’altitudine ad un tasso di circa 3,1 x 10-6/s2.

La gravità varia anche da un luogo all’altro della superficie terrestre, riflettendo la distribuzione non uniforme della massa nella crosta terrestre e nel mantello. Ci sono anche piccoli cambiamenti a breve termine dovuti alla mutevole attrazione del Sole e della Luna.

Come si misura la gravità?

La gravità può essere misurata con un pendolo poiché il periodo di un pendolo dipende solo dalla sua lunghezza e dalla gravità. La gravità è quindi la misura di un intervallo di tempo e di una lunghezza — il periodo del pendolo e la sua lunghezza effettiva. Ci sono altri metodi meno comuni, per esempio cronometrando un oggetto in caduta libera.

Quanto sopra si riferisce alla misurazione assoluta della gravità. La gravità può anche essere misurata in modo relativo usando i gravimetri, in cui un peso è sospeso a una molla a spirale la cui lunghezza cambia in proporzione al cambiamento della gravità. Anche se misurano solo i cambiamenti di gravità, i gravimetri sono più sensibili ai piccoli cambiamenti, oltre ad essere più semplici e veloci da utilizzare. Per questo motivo, la maggior parte delle misurazioni di gravità sono fatte usando gravimetri che misurano la gravità relativa ad una stazione base in cui è stata misurata la gravità assoluta. Rispetto agli apparecchi a pendolo, i gravimetri sono 3 o 4 ordini di grandezza più precisi.