Geologia Fizyczna

Teoria głosi, że płaszcz jest w stanie konwekować z powodu swojej plastyczności, a ta właściwość pozwala również na inny bardzo ważny proces ziemski znany jako izostaza. Dosłowne znaczenie słowa izostaza to „równy bezruch”, ale kryje się za nim zasada, że skorupa ziemska unosi się na płaszczu, jak tratwa pływająca w wodzie, a nie spoczywa na płaszczu, jak tratwa siedząca na ziemi.

Zależność między skorupą a płaszczem ilustruje Rysunek 9.16. Po prawej stronie pokazano przykład nieizostatycznej relacji między tratwą a litym betonem. Można załadować tratwę mnóstwem ludzi, a i tak nie zapadnie się ona w beton. Po lewej stronie widzimy izostatyczną relację między dwiema różnymi tratwami a basenem pełnym masła orzechowego. Z jedną osobą na pokładzie tratwa unosi się wysoko w maśle orzechowym, ale z trzema osobami tonie niebezpiecznie nisko. Używamy tu masła orzechowego, a nie wody, ponieważ jego lepkość lepiej oddaje relacje między skorupą ziemską a płaszczem. Choć ma mniej więcej taką samą gęstość jak woda, masło orzechowe jest znacznie bardziej lepkie (sztywne), więc choć trzyosobowa tratwa zatonie w maśle orzechowym, zrobi to dość wolno.

Zależność skorupy ziemskiej od płaszcza jest podobna do zależności tratwy od masła orzechowego. Tratwa z jedną osobą na niej unosi się wygodnie wysoko. Even with three people on it the raft is less dense than the peanut butter, so it floats, but it floats uncomfortably low for those three people. Skorupa ziemska, o średniej gęstości około 2,6 grama na centymetr sześcienny (g/cm3), jest mniej gęsta niż płaszcz (średnia gęstość około 3,4 g/cm3 przy powierzchni, ale więcej niż na głębokości), a więc unosi się na „plastikowym” płaszczu. Gdy do skorupy ziemskiej dodaje się więcej masy w procesie tworzenia gór, powoli zapada się ona głębiej w płaszcz, a materiał płaszcza, który się tam znajdował, jest spychany na bok (rysunek 9.17, po lewej). Gdy ciężar ten jest usuwany przez erozję w ciągu dziesiątków milionów lat, skorupa odbija się, a skały płaszcza wypływają z powrotem (Rysunek 9.17, po prawej).

Skorupa i płaszcz reagują w podobny sposób na zlodowacenia. Grube akumulacje lodu lodowcowego zwiększają ciężar skorupy, a ponieważ płaszcz znajdujący się pod nią jest ściskany na boki, skorupa osuwa się. Proces ten przedstawiono na Rysunku 9.18 dla obecnej pokrywy lodowej na Grenlandii. Grubość lądolodu grenlandzkiego w tym miejscu wynosi ponad 2500 m, a skorupa pod najgrubszą częścią uległa obniżeniu do tego stopnia, że na dużym obszarze znajduje się poniżej poziomu morza. Kiedy lód w końcu stopnieje, skorupa i płaszcz powoli odbiją się, ale pełne odbicie zajmie prawdopodobnie ponad 10 000 lat.

Można się zastanawiać, jak to możliwe, że płaszcz Ziemi jest wystarczająco sztywny, by pęknąć podczas trzęsienia ziemi, a jednocześnie konwekcjonuje i płynie jak bardzo lepka ciecz. Wyjaśnienie jest takie, że płaszcz zachowuje się jak płyn nienewtonowski, co oznacza, że reaguje inaczej na naprężenia w zależności od tego, jak szybko są one przyłożone. Dobrym tego przykładem jest zachowanie materiału znanego jako Silly Putty, który może się odbijać i pękać, jeśli gwałtownie się go pociągnie, ale odkształca się w sposób płynny, jeśli naprężenie jest przyłożone powoli. Na tym zdjęciu, Silly Putty został umieszczony nad otworem w szklanym blacie i w odpowiedzi na grawitację, powoli spłynął do otworu. Płaszcz będzie płynął, gdy znajdzie się pod powolnym, ale stałym naprężeniem rosnącej (lub topniejącej) pokrywy lodowej.

Wielkie obszary Kanady wciąż się odbijają w wyniku utraty lodu lodowcowego w ciągu ostatnich 12 ka, a jak pokazano na rysunku 9.19, inne części świata również doświadczają odbicia izostatycznego. Największe tempo wypiętrzania występuje na dużym obszarze na zachód od Zatoki Hudsona, gdzie lądolód Laurentide był najgrubszy (ponad 3000 m). Lód ostatecznie opuścił ten region około 8000 lat temu, a skorupa odbija się obecnie w tempie prawie 2 cm/rok. Silne odbicie izostatyczne występuje również w północnej Europie, gdzie lądolód Fenno-Skandynawski był najgrubszy, oraz we wschodniej części Antarktydy, która również doświadczyła znacznej utraty lodu w holocenie.

Wokół dawnych lądolodów Laurentide i Fenno-Skandynawskiego znajdują się również rozległe obszary osiadania. Podczas zlodowacenia skały płaszczowe wypłynęły z obszarów pod głównymi lądolodami, a obecnie materiał ten powoli powraca, jak pokazano na Rysunku 9.18b.