地殼均衡

地殼均衡（希臘語 ísos equal，stásis standstill）或均衡平衡是地殼（或巖石圈）和地幔之間的重力平衡狀態，地殼漂浮在一個高度取決于其厚度和密度。 引用這個概念來解釋地球表面如何存在不同的地形高度。 雖然最初是根據大陸地殼和地幔來定義的，但后來根據巖石圈和軟流圈進行了解釋，特別是在夏威夷群島等海洋島嶼火山方面。

盡管地球是一個以多種不同方式響應載荷的動態系統，但均衡描述了地殼和地幔處于靜態平衡的重要極限情況。 某些地區（如喜馬拉雅山和其他會聚邊緣）不處于均衡狀態，均衡模型無法很好地描述。

美國地質學家克拉倫斯·達頓 (Clarence Dutton) 于 1882 年創造了通用術語“等壓”。

18世紀，法國大地測量學家試圖通過測量不同緯度（弧度測量）的緯度長度來確定地球的形狀（大地水準面）。 在厄瓜多爾工作的一個小組意識到，用于確定垂直方向的鉛垂線會因附近安第斯山脈的引力而發生偏轉。 然而，偏轉小于預期，這歸因于山脈的低密度根部補償了山脈的質量。 換句話說，低密度的山根提供了浮力來支撐周圍地形之上的山的重量。 19世紀英國測量員在印度的類似觀察表明，這是山區普遍存在的現象。 后來發現，測量的當地重力場與海拔高度和當地地形（布格異常）的預期之間的差異在海洋盆地為正，在高大陸地區為負。 這表明海盆的低海拔和大陸的高海拔也在深度上得到了補償。

美國地質學家克拉倫斯·達頓 (Clarence Dutton) 于 1882 年創造了“等壓”一詞來描述這種普遍現象。 然而，當時已經提出了兩個假設來解釋這一現象，一個是喬治·艾里 (George Airy) 提出的，另一個是約翰·亨利·普拉特 (John Henry Pratt) 于 1855 年提出的。 艾里假說后來由芬蘭大地測量學家 Veikko Aleksanteri Heiskanen 完善，普拉特假說由美國大地測量學家約翰·菲爾莫爾·海福德 (John Fillmore Hayford) 完善。

Airy-Heiskanen 和 Pratt-Hayford 假設均假設等壓反映了局部流體靜力平衡。 第三個假設，巖石圈彎曲，考慮了地球外殼巖石圈的剛性。 19 世紀末，巖石圈彎曲首次被用來解釋在末次冰川末期大陸冰川融化后斯堪的納維亞半島的海岸線隆起。 美國地質學家 G. K. Gilbert 同樣用它來解釋邦納維爾湖隆起的海岸線。 這個概念在 1950 年代由荷蘭大地測量學家 Vening Meinesz 進一步發展。

使用三種主要的均衡模型：

• Airy-Heiskanen 模型 – 地殼厚度的變化適應不同的地形高度，其中地殼具有恒定密度
• Pratt-Hayford 模型 – 巖石密度的橫向變化適應不同的地形高度。
• Vening Meinesz 或彎曲均衡模型 - 其中巖石圈充當彈性板，其固有的剛度通過彎曲將局部地形載荷分布在廣闊的區域。

Airy 和 Pratt 均衡是浮力的陳述，而彎曲均衡是在使有限彈性強度的薄片偏轉時的浮力陳述。 換句話說，Airy 和 Pratt 模型是純流體靜力學的，不考慮材料強度，而彎曲等壓考慮了剛性地殼變形產生的彈力。 這些彈力可以將浮力通過大變形區域傳遞到更集中的載荷。

只有當地幔物質處于靜止狀態時，才有可能實現完美的均衡。 然而，地幔中存在熱對流。 這引入了粘性力，這些粘性力沒有考慮到等靜壓的靜態理論。 均衡異常或 IA 被定義為布格異常減去由于地下補償引起的重力異常，并且是局部偏離均衡的量度。 在水平高原的中心，它大約等于自由空氣異常。 諸如深部動態均衡 (DDI) 等模型包括此類粘性力，適用于動態地幔和巖石圈。