Holz schwimmt im Wasser, weil es ein wenig leichter ist, wobei die Menge des vom Holzklotz verdrängten Wassers genau dem Gewicht des Holzklotzes entspricht – das wusste schon Archimedes, der ja sozusagen das spezifische Gewicht entdeckt hat. Wenn ein solcher Holzklotz im Wasser schwimmt, befindet er sich im Gleichgewicht. Das bedeutet, dass das vom Holzklotz verdrängte Wasser das gleiche Gewicht hat wie der Holzklotz inklusive des Teils, der über die Wasseroberfläche hinausragt (Abb. 2.1.1).

Wird ein zweiter Holzklotz der gleichen Größe auf den ersten gestapelt, verändert sich das Bild. Der größere Holzklotz ragt höher heraus, aber er taucht auch tiefer ins Wasser ein. Das Gleichgewicht mit dem Wasser ist dann wiederhergestellt. Der erste Holzklotz ist 6 cm dick und ragt 1 cm aus dem  Wasser heraus, dementsprechend taucht er 5 cm ein, übereinander gestapelt tauchen zwei Klötze 10 cm ins Wasser ein und ragen 2 cm heraus. Darin spiegelt sich der isostatische Ausgleich, denn durch das tiefere Eintauchen und gleichzeitig höhere Hinausragen wird das Gleichgewicht wiederhergestellt. Die dafür notwendige Auf- und Ab-Bewegung wird als isostatischer Ausgleich bezeichnet. In diesem Modell geht die Bewegung natürlich sehr schnell vonstatten, weil Wasser sehr leicht fließt und verdrängbar ist. Für den Ausgleich zwischen Lithosphäre und Asthenosphäre sind jedoch geologische Zeiträume, d.h. zehntausende bis Millionen Jahre nötig.

Abb. 2.1.2: Säulendarstellung des Holzklotzmodels über der Ausgleichsfläche (Meschede, unveröff., 2021) .

Die Säulen zeigen die drei im Modell zu sehenden Situationen: Wasser alleine, der dünne Holzklotz von 6 cm Dicke und das darunter verbleibende Wasser und entsprechend der 12 cm dicke Holzklotz mit dem Wasser darunter (Abb. 2.1.2). Alle drei Säulen sind gleich schwer, obwohl sie unterschiedlich hoch sind. Darin spiegelt sich das geringere spezifische Gewicht des Holzes. Die Säulen üben alle den gleichen Druck auf die Ausgleichsfläche aus, die in diesem Modell dem Boden des Wasserbehälters entspricht.

Bezogen auf die Lithosphäre und den obersten Mantel betrachten wir die Asthenosphäre als eine fließfähige Masse analog zum Wasser im Holzblockmodell. Die beiden Blöcke, die in Abb. 2.1.3 in unterschiedlichen Farben dargestellt sind, stellen kontinentale und ozeanische Kruste mit ihren unterschiedlichen Dichten dar. Die Dichte der fließfähigen Asthenosphäre ist größer als die der Blöcke aus Lithosphäre (= lithosphärischer Mantel und Kruste – kontinental oder ozeanisch). Die Dichte eines Materials wird mit dem griechischen Buchstaben Rho (ρ) ausgedrückt.

Ozeanische Kruste ist generell schwerer als kontinentale Kruste. Dennoch  herrscht auf der isostatischen Ausgleichsfläche überall der gleiche Druck, egal um welches Material es sich handelt und wie hoch die Säule über der Ausgleichsfläche ist. Es ist übrigens egal wo sich die Ausgleichsfläche in der fließfähigen Masse befindet, man könnte sie auch tiefer oder höher ansetzen. Das Gleichgewicht wäre überall gegeben, da die fließfähige Masse Änderungen kompensiert. Die Ausgleichsfläche darf deswegen nicht durch starre Bereiche gehen, die nicht fließfähig sind, denn dann kann ein Ausgleich nicht mehr stattfinden.

Das Prinzip der Isostasie ist schon im 19. Jahrhundert beschrieben worden, um die unterschiedlichen Höhen der Landschaften auf der Erde zu erklären (Abb. 2.1.4). John Pratt (1855) nahm an, dass kontinentale Kruste unterschiedliche Dichten besitzt, sie aber alle auf einer gemeinsamen Unterfläche – entsprechend der isostatischen Ausgleichsfläche – liegen. George Airy (1855) nahm hingegen an, dass die kontinentale Kruste überall die gleiche Dichte besitzt und entsprechend dem Wasser-Holzklotzmodell unterschiedlich tief in den Mantel eintauchen.

Felix Vening-Meinesz (1931) kombinierte die beiden Isostasie-Modelle und erklärte die unterschiedlichen Höhenlagen mit einer regionalen Kompensation. Die Ozeane fehlen in seiner Darstellung noch, denn dazu hatte man Anfang des 20. Jahrhunderts noch keine verlässlichen Daten.

Der untere Teil des lithosphärischen Mantels ist aus dem gleichen Gestein wie die Asthenosphäre aufgebaut. Der einzige Unterschied zwischen ihnen ist, dass die Asthenosphäre einen kleinen Teil aufgeschmolzenes Gestein enthält, – man geht von 2-5 % an der Untergrenze der Lithosphäre aus, aber dennoch so viel, dass sie nicht mehr fest ist, sondern plastisch verformbar und dadurch fließfähig wird. Damit sind die Bedingungen für einen isostatischen Ausgleich der Lithosphäre erfüllt, denn ähnlich wie das Wasser im Holzklotzmodell kann die Asthenosphäre nachfließen bzw. ausweichen – nur eben sehr viel langsamer.

Die Lithosphäre mit lithosphärischem Mantel und Kruste ist durch und durch fest und auch nicht so heiß wie die Asthenophäre. Das hat zur Folge, dass die Asthenosphäre etwas weniger dicht ist als die Lithosphäre (Abb. 2.1.5). Mit diesem Phänomen kann z.B. das Absinken der ozeanischen Lithosphäre mit zunehmendem Alter schlüssig erklärt werden. Darauf wird in einem eigenen Video/Webseite eingegangen.

Bezogen auf seine stoffliche Zusammensetzung gehört der lithosphärische Mantel zum oberen Mantel. Er reagiert jedoch aufgrund seiner Festigkeit ähnlich wie die Erdkruste und spielt eine große Rolle bei plattentektonischen Bewegungen. Deswegen kann man ihn aufgrund dieser physikalischen Eigenschaften auch zur Lithosphäre, also zur äußeren festen Schale der Erde zählen.