La madera flota en el agua porque es un poco más ligera y la cantidad de agua desplazada por el bloque de madera corresponde exactamente al peso del bloque de madera; Arquímedes ya lo sabía, ya que descubrió la gravedad específica, por así decirlo. Cuando un bloque de madera flota en el agua, está en equilibrio. Esto significa que el agua desplazada por el bloque de madera tiene el mismo peso que el bloque de madera, incluida la parte que sobresale de la superficie del agua (Fig. 2.1.1).

Si se apila un segundo bloque de madera del mismo tamaño encima del primero, la imagen cambia. El bloque de madera más grande sobresale más, pero también se hunde más profundamente en el agua. Se restablece entonces el equilibrio con el agua. El primer bloque de madera tiene 6 cm de espesor y sobresale 1 cm del agua, por lo que queda sumergido 5 cm, apilados uno sobre otro dos bloques se sumergen 10 cm en el agua y sobresalen 2 cm. Esto refleja el equilibrio isostático, porque el equilibrio se restablece buceando más profundo y proyectándose más alto al mismo tiempo. El movimiento ascendente y descendente necesario se llama compensación isostática. En este modelo, el movimiento es, por supuesto, muy rápido, porque el agua fluye con mucha facilidad y se puede desplazar. Sin embargo, para el equilibrio entre la litosfera y la astenosfera son necesarios períodos de tiempo geológicos, es decir, de decenas de miles a millones de años.

Fig. 2.1.2: Representación en columna del modelo de bloque de madera sobre el área de compensación (Meschede, inédito, 2021).

Las columnas muestran las tres situaciones observadas en el modelo: agua sola, el bloque de madera delgado de 6 cm de espesor y el agua que queda debajo y, correspondientemente, el bloque de madera de 12 cm de espesor con el agua debajo (Fig. 2.1.2). Los tres pilares tienen el mismo peso, aunque tienen diferentes alturas. Esto refleja la menor gravedad específica de la madera. Todas las columnas ejercen la misma presión sobre la superficie de equilibrio, que en este modelo corresponde al fondo del tanque de agua.

En relación con la litosfera y el manto superior, consideramos la astenosfera como una masa fluida análoga al agua en el modelo del bloque de madera. Los dos bloques, mostrados en diferentes colores en la figura 2.1.3, representan la corteza continental y oceánica con sus diferentes densidades. La densidad de la astenosfera fluida es mayor que la de los bloques de la litosfera (= manto y corteza litosféricos – continentales u oceánicos). La densidad de un material se expresa con la letra griega rho (ρ).

La corteza oceánica es generalmente más pesada que la corteza continental. Sin embargo, en toda la superficie de compensación isostática prevalece la misma presión, independientemente del material y de la altura de la columna por encima de la superficie de compensación. Por cierto, no importa dónde se encuentre la superficie niveladora en la masa fluida; También podría colocarse más abajo o más arriba. El equilibrio estaría presente en todas partes, ya que la masa del fluido compensa los cambios. Por lo tanto, la superficie de nivelación no debe pasar por zonas rígidas que no sean fluidas, porque entonces ya no se puede realizar la nivelación.

El principio de isostasía ya fue descrito en el siglo XIX para explicar las diferentes alturas de los paisajes de la Tierra (Fig. 2.1.4). John Pratt (1855) asumió que la corteza continental tiene diferentes densidades, pero todas ellas se encuentran sobre una subsuperficie común, correspondiente a la superficie de compensación isostática. George Airy (1855), por otro lado, asumió que la corteza continental tiene la misma densidad en todas partes y, según el modelo del bloque de madera y agua, se sumerge en el manto a diferentes profundidades.

Felix Vening-Meinesz (1931) combinó los dos modelos de isostasia y explicó las diferentes altitudes con compensación regional. Los océanos aún faltan en su representación, porque a principios del siglo XX no existían datos fiables sobre ellos.

La parte inferior del manto litosférico está formada por la misma roca que la astenosfera. La única diferencia entre ellas es que la astenosfera contiene una pequeña cantidad de roca fundida (estimada entre 2 y 5 % en el límite inferior de la litosfera), pero aún suficiente para que ya no sea sólida sino plásticamente deformable y, por lo tanto, fluida. Esto cumple las condiciones para un equilibrio isostático de la litosfera, porque, de forma similar al agua en el modelo de bloque de madera, la astenosfera puede fluir hacia adentro o hacia afuera, sólo que mucho más lentamente.

La litosfera, con el manto y la corteza litosférica, es sólida en su totalidad y no tan caliente como la astenosfera. Esto hace que la astenosfera sea ligeramente menos densa que la litosfera (Fig. 2.1.5). Este fenómeno puede, por ejemplo, explicar de manera plausible el hundimiento de la litosfera oceánica con el aumento de la edad. Esto se discutirá en un video y sitio web aparte.

En términos de su composición material, el manto litosférico pertenece al manto superior. Sin embargo, debido a su fuerza, reacciona de manera similar a la corteza terrestre y juega un papel importante en los movimientos de las placas tectónicas. Debido a estas propiedades físicas, también puede considerarse parte de la litosfera, la capa sólida exterior de la Tierra.