Гравитационные измерения

На океанах также обнаружилось, что сила тяжести приблизительно соответствует среднему (нормальному) значению, несмотря на явный большой дефицит масс, который представляют собой океанические бассейны, хотя более ранние измерения на островах и допускали разнообразные интерпретации. Однако сомнения были устранены, когда Геккер, следуя предположению Мона, провел гравитационные измерения на борту движущегося судна, пользуясь одновременно ртутным барометром и гипсотермометром. Недавно голландскому геодезисту Венинг-Мейнесу удалось применить значительно более точный маятниковый метод для гравиметрических измерений с подводной лодки. Результаты первых исследований такого рода полностью подтвердили вывод Геккера о том, что в океанах действует изостазия, т. е. дефицит масс, который соответствует плотности воды в бассейнах океана и компенсируется избытком глубинных масс. На протяжении длительного времени выдвигались различные предположения относительно этих глубинных избыточных и недостаточных масс. Пратт представлял себе земную кору наподобие слоя теста, который первоначально был повсюду одинаковой толщины. Затем, в результате какого-то разуплотнения, толщина этого слоя возросла на континентах, а в океанических областях уменьшилась.

В такой схеме, чем больше возвышается поверхность над уровнем моря, тем меньше должна быть плотность или удельный вес земной коры. Однако ниже так называемого уровня компенсации (находящегося на глубине примерно 120 км) исчезают все горизонтальные различия плотности. Эта гипотеза, в дальнейшем развитая Гельмертом и Хайфордом, применялась повсюду для количественной обработки данных по измерениям силы тяжести. В настоящее время она особенно наглядно представлена В. Боуи который для подтверждения идеи пользуется следующим экспериментом он пускает плавать на ртути некоторое количество призм, состоящих из различных материалов — меди, железа, цинка, пирита и других, — с различным удельным весом. Призмы должны иметь как раз такую высоту, чтобы они все погружались в ртуть на одинаковую глубину. Их общая поверхность основания будет соответствовать тогда уровню компенсации. Вследствие различного удельного веса их поверхности поднимаются на различную высоту над уровнем ртути, самый тяжелый материал — ниже всех, самый легкий — выше всех. Такое толкование гравитационных данных находит известную поддержку в следующем наблюдаемом факте: материал земной коры тем легче, чем выше над уровнем моря он находится.

Но предположение, что различие в плотности повсюду доходит лишь до совершенно определенной глубины, т. е. поверхности компенсации, является невероятным с точки зрения физики, что легче всего можно выявить на примере опыта Боуи. Для того чтобы именно эти различные призмы погружались своей нижней частью на одинаковую глубину, их высоты должны находиться в совершенно определенном соотношении, обусловленном плотностью. Следовательно, если мы разделим земную кору на призмы из различного материала, то один и тот же материал, где бы он ни встречался на Земле, должен иметь всегда совершенно определенную толщину (мощность), которая относительно других материалов находится в соотношении, установленном раз и навсегда, точно соответствующем плотности. Для такой связи между материалом (или его плотностью) и мощностью, которая ведет к произвольному обусловливанию постоянного базового уровня всех призм, нельзя указать никакой естественной причины.Такие геодезисты, как Швейдар и Хейсканен, в настоящее время применяют для толкования гравитационных измерений другую гипотезу, выдвинутую уже в 1859 г. Эри.

Гейм был, пожалуй, первым, кто предположил, что под горами легкая кора утолщена, а тяжелая магма, на которой она плавает, залегает в этом месте на более значительной глубине. В противоположность возвышенностям сравнительно легкая кора должна быть особенно тонкой под глубоколежащими частями земной поверхности, такими как океанические бассейны. Итак, здесь предполагаются только два материала: легкая кора и тяжелая магма. Боуи иллюстрирует эту гипотезу опытом, соответствующим проведенному ранее, заставляя плавать на ртути некоторое количество призм различной высоты, но изготовленных из одинакового материала (меди). Конечно, они погружаются на различную глубину; самая длинная призма погружается наиболее глубоко, но одновременно имеет также самую высокую поверхность. Неоднократно подчеркивалось, что эта гипотеза Эри значительно лучше подходит к геологической картине земной коры и согласуется с большим сжатием (сокращением поверхности) земной коры в складчатых горах лучше, чем гипотеза Пратта. С другой стороны, она оставляет невыясненной причину двойного максимума на частотной кривой распределения высот земной поверхности, так как нельзя понять, почему легкая кора должна быть представленной в двух принципиально различных мощностях, а именно в виде толстых континентальных глыб и тонких океанических плит. Правильное объяснение, вероятно, можно найти в объединении обеих гипотез.