Состав блоков
В горных возвышенностях, по Эри, мы имеем дело в основном с утолщениями легкой континентальной коры, но при переходе от континентальной глыбы к океану существенным становится различие в составе блоков, соответствующее гипотезе Пратта. Новейшее развитие изостатической теории касается прежде всего вопроса о рамках ее применения. Для более крупных глыб, как, например, целого континента или океана, несомненно следует принять изостазию без более детальной ее модификации. Но в случае глыб малого размера, например в зонах отдельных гор, этот закон утрачивает свое действие. Такие мелкие блоки могут поддерживаться эластичностью всей глыбы, подобно камню, который положен на плавающую льдину. Изостатическое равновесие устанавливается тогда между льдиной и камнем, рассматриваемыми совместно (в целом), и водой. Поэтому гравитационные измерения, сделанные на континентах на таких геологических структурах, диаметр которых измеряется сотнями километров, очень редко показывают отклонения от изостазии. Но если диаметр структуры составляет десятки километров, то имеет место преимущественно частичная компенсация, а если он составляет только несколько километров, то компенсация большей частью отсутствует вообще.
Положена ли в основу более старая гипотеза Пратта или гипотеза Эри и Хейсканена, в любом случае рассмотрение гравитационных измерений на океанах, которые не дают никаких сведений о большом и явном дефиците масс бассейна океана, приводит к выводу, что дно океана состоит из более плотного и тяжелого материала, чем континентальные глыбы. Конечно, таким путем нельзя это точно доказать, но с помощью предварительных расчетов можно сделать весьма вероятное предположение, что высокая плотность дна океана обусловлена не только различием физического состояния, но также и различием материала. Грубые расчеты, основанные на приемлемых предпосылках, показывают, что это весьма вероятно. Теория изостазии служит также непосредственным критерием при рассмотрении вопроса о возможности горизонтального перемещения континентов. Выше уже указывалось на изостатические компенсационные движения, прекраснейшим примером которых является продолжающийся еще и теперь подъем Скандинавии приблизительно на 1 м в столетие. Это поднятие можно рассматривать как результат разгрузки, произошедшей более 10 ООО лет тому назад благодаря таянию слоя льда — ледяной шапки материка. Наибольшее поднятие в настоящее время можно наблюдать именно там, где лед исчез позже всего. Это очень хорошо видно на составленной Виттиигом карте, (по Борну) Борн показал, что эта область поднятия характеризуется минимумом силы тяжести, насколько это можно судить по еще скудным до сих пор наблюдениям, и что так и должно быть в действительности, если кора еще находится ниже своего положения равновесия. Нансен дал наиболее подробное описание всех явлений, относящихся к поднятию Скандинавии.
Наибольшее погружение составляло 284 м, судя по береговым отметкам на побережье Ингерманландии, и, вероятно, достигало 300 м в глубине материка. Медленное поднятие Скандинавии началось 15 ООО лет назад, 7000 лет назад оно достигло наивысшей скорости (около 1 м за 10 лет) и в настоящее время затухает. Толщина льда, имевшегося в центре, оценивается примерно в 2300 м. Такие вертикальные движения больших глыб коры обусловливают, естественно, подкоровые течения в субстрате, благодаря которым вытесненный материал перемещается вверх. Это подтверждается также открытием, сделанным приблизительно одновременно Борном, Нансеном, А. Пенком и Кёппеном область депрессии, существовавшей под материковой ледяной шапкой, кольцеобразно охвачена областью слабого поднятия, которое как раз следует отнести за счет подкорового материала, выдавленного в сторону от нее. Во всяком случае вся теория изостазии основывается на гипотезе, что слой, подстилающий земную кору, обладает известной степенью текучести. Но если это так, т. е. если континентальные глыбы действительно плавают на вязком подстилающем субстрате, то нет основания считать, что их подвижность должна проявляться только в вертикальных движениях и не должны происходить также и горизонтальные движения, если существуют и сохраняются на протяжении геологических эпох такие силы, которые стремятся переместить континентальные глыбы.
А что такие силы действительно существуют, доказывают орогенические процессы. Чрезвычайно важны для наших вопросов новейшие результаты сейсмических исследований, которые наглядно обобщил Гуттенберг. Из сейсмических волн, как известно, внутрь земной коры проходят продольные волны Р («первые») и поперечные волны S (так называемые вторые волны), в то время как «главные волны» L распространяются вдоль поверхности. Чем более отдалена регистрирующая станция от очага, тем на большую глубину проникают волны Р и S. Из разности времени между землетрясением и попаданием сигнала на станцию, т. е. «времени прохождения», можно определить скорости волн для различных глубин. Эта скорость является, однако, константой вещества и, следовательно, может дать нам сведения о слоистой структуре Земли. При сейсмологических исследованиях обнаружено, что под Евразией, а также под североамериканским континентальным склоном на глубине 50—60 км весьма отчетливо определяется граница, в которой скорость продольных волн резко увеличивается с 5.75 км/с (выше нее) до 8.0 км/с (ниже нее), а скорость поперечных волн возрастает соответственно с 3.33 км/с (вверху) до 4.4 км/с (внизу). Эту поверхность до сих пор идентифицируют с нижней границей континентальных глыб, что подтверждается совпадением глубины до этой поверхности со значением толщины глыбы, выведенным Хейсканеном из гравитационных измерений. Все же, видимо, этой концепции теперь нельзя больше придерживаться.