O que é isostase?
LEE Boon-ying
O que é isostase?
Modelos de isostase foram propostos há mais de um século para explicar as medições invulgares da gravidade (o que é gravidade? como é medida?) feitas em várias partes da Terra. O conceito de isóstase é que as montanhas são compensadas por massas de menor densidade sob as montanhas, enquanto os oceanos são compensados por massas de maior densidade sob a água.
Visto desta forma, a isostase é simplesmente baseada no princípio de Arquimedes — um objecto imerso experimenta uma força flutuante igual ao peso do fluido deslocado.
Quais são as medições invulgares da gravidade?
As medições invulgares da gravidade mencionadas acima são normalmente referidas como ‘anomalias da gravidade’. Simplificando, é a diferença entre uma medição da gravidade (corrigida por vários factores) e o valor teórico.
Figure 1 mostra parcelas da anomalia da gravidade respectivamente sobre a crista média atlântica, os Alpes europeus, e as margens continentais do sudeste da Austrália. De forma impressionante, estas parcelas indicam que sobre os oceanos a anomalia é fortemente positiva, aumentando em magnitude com a profundidade, enquanto que sobre terrenos altamente elevados se torna marcadamente negativa.
Figure 1
Quais são os modelos de isostasia?
Existem vários modelos baseados em diferentes suposições relativamente à compensação mencionada na primeira pergunta acima. Os dois modelos mais frequentemente mencionados são:-
- Modelo de isostasia – a crosta é de espessura variável mas de densidade constante e é mais espessa sob terrenos elevados do que sob depressões como os oceanos. A profundidade das ‘raízes’ subjacentes está relacionada com a altura da topografia sobrejacente.
modelo de Pratt – a crosta é de densidade variável mas a sua base está a uma profundidade constante abaixo do nível do mar. A altura topográfica está relacionada com a densidade da crosta nesse ponto.
Figure 2 apresenta diagramas esquemáticos para os dois modelos.
Figure 2 Airy (esquerda) e Pratt (direita) modelos de isostasia
Embora ambos os modelos se baseiem em suposições não demasiado realistas, descrevem surpreendentemente bem a gravidade observada sobre regiões de terreno variável, o que indica que o conceito de isostasia é obedecido em grande parte do mundo.
Os Himalaias estão em equilíbrio isostático?
Não. Isostasia só pode explicar parte da ascensão dos Himalaias. Os cientistas ainda estão a tentar descobrir isto. Alguns propõem que os Himalaias estão a ser constantemente empurrados para alturas cada vez maiores pelo movimento da placa indiana para norte (ver aqui).
Quais são os efeitos isostáticos da sedimentação e da erosão?
Onde ocorre a sedimentação, o peso do sedimento pode causar o afundamento da crosta abaixo. Da mesma forma, onde ocorre a erosão, a crosta pode recuperar.
Likewise, quando as camadas de gelo formam a crosta pode afundar-se. Inversamente, quando derretem a crosta pode recuperar, tal como o que está a acontecer em torno do Mar Báltico e da área da Baía de Hudson, no Canadá. Especificamente, a Escandinávia e a Escócia tinham menos de 300 metros de gelo durante a era do gelo, e a elevação é mais rápida no norte do Báltico, onde ainda se processa a um ritmo de cerca de um metro por século, ou seja, cerca de um centímetro por ano. Como um balançar, com menos carga de gelo no outro lado da massa terrestre, o sul do Báltico e o sul de Inglaterra estão agora a afundar-se.
O que é a gravidade?
Objectos atraem-se uns aos outros, por exemplo a atracção entre o Sol e a Terra, e a atracção entre a Terra e um objecto na superfície da Terra. Na superfície da Terra, existe outra força, a força centrífuga, que surge da rotação diurna da Terra. A gravidade é o efeito combinado da atracção (a que chamamos gravitação) e da força centrífuga.
Figure 3 (A forma elipsoidal da Terra é exagerada para ilustrar as forças.)
Muitos de nós estão conscientes de que a aceleração devida à gravidade da Terra, g, é de cerca de 9,8 m/s2. Varia com a latitude e a elevação. Por exemplo, a força centrífuga acima mencionada está no máximo no equador, actua na direcção oposta e é cerca de 1/3% da atracção gravitacional. Também, g muda com a elevação a uma taxa de cerca de 3,1 x 10-6/s2.
Gravidade também varia de lugar para lugar na superfície da Terra, reflectindo a distribuição desigual da massa na crosta e manto da Terra. Há também pequenas alterações a curto prazo devido à atracção variável do Sol e da Lua.
Como é medida a gravidade?
Gravidade pode ser medida com um pêndulo, uma vez que o período de um pêndulo depende apenas do seu comprimento e da gravidade. A gravidade é portanto a medida de um intervalo de tempo e de comprimento — o período do pêndulo e o seu comprimento efectivo. Existem outros métodos menos comuns, por exemplo, cronometrando um objecto em queda livre.
O acima referido refere-se à medição absoluta da gravidade. A gravidade também pode ser medida de forma relativa utilizando gravímetros, nos quais um peso é suspenso de uma mola enrolada cujo comprimento muda em proporção a uma mudança na gravidade. Enquanto medem apenas mudanças na gravidade, os gravímetros são mais sensíveis a pequenas mudanças, bem como mais simples e rápidos de operar. Por esta razão, a maioria das medições da gravidade são feitas utilizando gravímetros que medem a gravidade relativa a uma estação de base na qual a gravidade absoluta foi medida. Em comparação com o aparelho pendular, os gravímetros são 3 ou 4 ordens de magnitude mais precisas.
p>Figure 4 – uma fotografia mostrando os pontos de medição da gravidade na varanda do edifício do Observatório de Hong Kong 1883. Em registo, as primeiras medições da gravidade no Observatório foram feitas em 1933-1935. Gravidade é agora rotineiramente medida a bordo de satélites artificiais. Simplesmente, quando um satélite passa sobre uma anomalia de gravidade, é acelerado/desacelerado na sua órbita. Embora a própria anomalia possa ser relativamente pequena, a aceleração/desaceleração cumulativa do satélite durante as sucessivas passagens torna-se mensurável.