地壳均衡

地壳均衡（希腊语 ísos equal，stásis standstill）或均衡平衡是地壳（或岩石圈）和地幔之间的重力平衡状态，地壳漂浮在一个高度取决于其厚度和密度。 引用这个概念来解释地球表面如何存在不同的地形高度。 虽然最初是根据大陆地壳和地幔来定义的，但后来根据岩石圈和软流圈进行了解释，特别是在夏威夷群岛等海洋岛屿火山方面。

尽管地球是一个以多种不同方式响应载荷的动态系统，但均衡描述了地壳和地幔处于静态平衡的重要极限情况。 某些地区（如喜马拉雅山和其他会聚边缘）不处于均衡状态，均衡模型无法很好地描述。

美国地质学家克拉伦斯·达顿 (Clarence Dutton) 于 1882 年创造了通用术语“等压”。

18世纪，法国大地测量学家试图通过测量不同纬度（弧度测量）的纬度长度来确定地球的形状（大地水准面）。 在厄瓜多尔工作的一个小组意识到，用于确定垂直方向的铅垂线会因附近安第斯山脉的引力而发生偏转。 然而，偏转小于预期，这归因于山脉的低密度根部补偿了山脉的质量。 换句话说，低密度的山根提供了浮力来支撑周围地形之上的山的重量。 19世纪英国测量员在印度的类似观察表明，这是山区普遍存在的现象。 后来发现，测量的当地重力场与海拔高度和当地地形（布格异常）的预期之间的差异在海洋盆地为正，在高大陆地区为负。 这表明海盆的低海拔和大陆的高海拔也在深度上得到了补偿。

美国地质学家克拉伦斯·达顿 (Clarence Dutton) 于 1882 年创造了“等压”一词来描述这种普遍现象。 然而，当时已经提出了两个假设来解释这一现象，一个是乔治·艾里 (George Airy) 提出的，另一个是约翰·亨利·普拉特 (John Henry Pratt) 于 1855 年提出的。 艾里假说后来由芬兰大地测量学家 Veikko Aleksanteri Heiskanen 完善，普拉特假说由美国大地测量学家约翰·菲尔莫尔·海福德 (John Fillmore Hayford) 完善。

Airy-Heiskanen 和 Pratt-Hayford 假设均假设等压反映了局部流体静力平衡。 第三个假设，岩石圈弯曲，考虑了地球外壳岩石圈的刚性。 19 世纪末，岩石圈弯曲首次被用来解释在末次冰川末期大陆冰川融化后斯堪的纳维亚半岛的海岸线隆起。 美国地质学家 G. K. Gilbert 同样用它来解释邦纳维尔湖隆起的海岸线。 这个概念在 1950 年代由荷兰大地测量学家 Vening Meinesz 进一步发展。

使用三种主要的均衡模型：

• Airy-Heiskanen 模型 – 地壳厚度的变化适应不同的地形高度，其中地壳具有恒定密度
• Pratt-Hayford 模型 – 岩石密度的横向变化适应不同的地形高度。
• Vening Meinesz 或弯曲均衡模型 - 其中岩石圈充当弹性板，其固有的刚度通过弯曲将局部地形载荷分布在广阔的区域。

Airy 和 Pratt 均衡是浮力的陈述，而弯曲均衡是在使有限弹性强度的薄片偏转时的浮力陈述。 换句话说，Airy 和 Pratt 模型是纯流体静力学的，不考虑材料强度，而弯曲等压考虑了刚性地壳变形产生的弹力。 这些弹力可以将浮力通过大变形区域传递到更集中的载荷。

只有当地幔物质处于静止状态时，才有可能实现完美的均衡。 然而，地幔中存在热对流。 这引入了粘性力，这些粘性力没有考虑到等静压的静态理论。 均衡异常或 IA 被定义为布格异常减去由于地下补偿引起的重力异常，并且是局部偏离均衡的量度。 在水平高原的中心，它大约等于自由空气异常。 诸如深部动态均衡 (DDI) 等模型包括此类粘性力，适用于动态地幔和岩石圈。