Abb. 2.2.1: Das aktuell gültige Modell zur Krustendicke im Gleichgewicht mit der Asthenosphäre. Die Ausgleichsfläche ist die untere Bildkante (verändert nach Meschede, 2021). Zahlenwerte: Dichte g/cm³.

Die Isostasie ist eines der Grundprinzipien der Plattentektonik. Die Lithosphäre befindet sich mit der darunterliegenden Asthenosphäre in einem Gleichgewicht, das durch plattentektonische Bewegungen und andere äußere Einflüsse wie z.B. Erosion gestört wird. Dadurch kommt es zu isostatischen Ausgleichsbewegungen.

Für das hier besprochene Gedankenmodell werden die folgenden  durchschnittlichen Dichtewerte herangezogen: 3,0 g/cm³ für die ozeanische Kruste, 2,8 g/cm³ für die kontinentale Kruste, 3,3 g/cm³ für den lithosphärischen Mantel und 3,25 g/cm³ für die Asthenosphäre, die aufgrund ihrer höheren Temperatur etwas leichter als der lithosphärische Mantel ist.

Ausgangsposition (Abb. 2.2.2):

Eine Säule von 200 km Höhe hat eine Grundfläche von 1 cm². Diese Säule ist zusammengesetzt aus 30 km kontinentaler Kruste, wobei 30 km der durchschnittlichen Dicke kontinentaler Kruste entspricht. Darunter befindet sich der lithosphärische Mantel mit 70 km Mächtigkeit und bis zur Ausgleichsfläche folgen 100 km Asthenosphäre. Entsprechend der jeweiligen Dichten ergeben sich unterschiedliche Gewichte für die einzelnen Säulenabschnitte: 8.400 kg für die kontinentale Kruste, 23.100 kg für den lithosphärischen Mantel und 32.500 kg die Asthenosphäre. Zusammen ergibt das ein Gesamtgewicht der Säule von 64.000 kg, das auf der Ausgleichsfläche lastet. Dieser Wert ist der Gleichgewichtswert, der in diesem Gedankenmodell immer wieder erreicht werden muss.

Szenario 1 (Abb. 2.2.3):

Die kontinentale Kruste wird verdoppelt, wie es z.B. bei der Kollision zweier Kontinente passieren kann. Der lithosphärische Mantel wird in den Mantel gezogen und trägt deswegen nicht zur Verdickung bei.

Durch die Verdoppelung der kontinentalen Kruste verändert sich die Summe der 200 km langen Säule, sie wird geringer, da die Kruste eine geringere Dichte als die Asthenosphäre hat. Bei 200 km Gesamtlänge der Säule fehlen dann 1.350 kg zum Gleichgewicht von 64.000 kg und dieser fehlende Anteil muss von der fließfähigen Asthenosphäre ausgeglichen werden. 1.350 kg entsprechen bei einer Dichte von 3,25 g/cm³ einer Säule von 4,154 km Höhe aus Asthenosphärenmaterial. Der Betrag von etwas mehr als 4 km entspricht größenordnungsmäßig den tatsächlichen Gipfelhöhen in Gebirgen wie z.B. den Alpen. Im Himalaya ist es deutlich mehr, doch auch dies ist eine Folge des isostatischen Ausgleichs. Auf das Thema „Erosion und Heraushebung“ wird an anderer Stelle gesondert eingegangen.

Szenario 2 (Abb. 2.2.4):

Die Asthenosphäre reicht bis an die Untergrenze der kontinentalen Kruste. So etwas passiert, wenn ein Kontinent zerbricht und sich ein Riftsystem mit einem Grabenbruch entwickelt, wie z.B. im Ostafrikanischen Graben. Da die Asthenosphäre geringfügig leichter ist als der lithosphärische Mantel, wird die Säule unter dem Riftsystem auch in diesem Szenario insgesamt leichter, d.h. auch hier muss ein Anteil durch die fließfähige Asthenosphäre von unten nachgeschoben werden. Es kommt auch hier zur Hebung mit einem Betrag von 1,077 km, der einem Gewicht von 350 kg Asthenosphäre entspricht.

Auch dieses Szenario ist in der Natur mit ähnlichen Hebungsbeträgen von 1-2 km verwirklicht. Über einem küntiigen Grabenbruch entsteht zunächst eine Aufwölbung, in deren Mitte ein Graben einbricht. Diesen Graben bezeichnet man auch als Scheitelgraben.

Szenario 3 (Abb. 2.2.5):

Die ozeanische Kruste ist deutlich schwerer als die kontinentale, aber sie ist auch sehr viel dünner. Außerdem muss hier auch die Wassersäule berücksichtigt werden, die deutlich leichter ist. Für die gesamte Säule muss bei gleicher Dicke des lithosphärischen Mantels eine deutlich höhere Säule  Asthenosphäre angenommen werden, um wieder auf die 64.000 kg Gesamtgewicht über der Ausgleichsfläche zu kommen.