山脈作為地球上主要的地貌之一，大約佔據了地球陸地面積的25%。按區域進一步劃分，歐亞大陸被山地覆蓋的比例最大，達到33%，緊隨其後的是北美（24%）、南美（19%）和非洲（14%）。
世界地形圖
如此眾多的高大雄偉的山脈，構成了世界地形的「骨架」。同時山脈作為這個星球最美麗的自然景觀之一，以其雄渾多姿的身軀，向人們彰顯著獨有的魅力。
連綿起伏的喜馬拉雅山脈
山脈主要可以分為三種類型：火山、褶皺山和斷塊山。這三種類型都是由板塊運動形成的，板塊間的構造力或火山作用可以局部抬高地球表面。少數山脈是孤立的山峰，但大多數山脈都會形成大範圍的山脈地形。
逆衝斷層是形成山脈的重要因素
火山一般出現於板塊邊界。由於板塊間的相互運動，沉沒的板塊在俯衝過程中帶入了大量的水並發生了熔融形成巖漿，這些巖漿沿著一定的通道向上噴發進而形成山脈。火山弧系統是在俯衝帶附近形成的一系列火山，大多數火山都位於環繞太平洋的環帶。
位於堪察加半島的火山
當板塊碰撞或俯衝時，板塊會彎曲並摺疊進而形成山脈。大多數主要的大陸山脈都與衝斷或褶皺運動有關。板塊可以對稱或不對稱摺疊。上折為背斜，下折為向斜，在非對稱摺疊中，也可能會出現斜折和翻轉。巴爾幹山脈和扎格羅斯山脈是褶皺山的典型例子。
在被折彎的褶皺上形成山脈的過程
扎格羅斯中部的褶皺山
斷塊山是由地殼的斷層引起的，當斷層一側的巖石相對於另一側上升時，就會形成山峰。它可以很小，也可以形成廣泛的裂谷系統。這些山峰通常出現在區域應力為拉張且地殼變薄的地方。
斷塊山（fault-block mountain）示意圖
內華達山脈（Sierra Nevada Range）就是一個例子，該地區的分層形成了一個650公裡長、80公裡寬的山脈，其中包括許多向西傾斜的單個部分，向東的山坡突然上升，形成了美國大陸上最高的山峰。
內華達山脈
通過以上介紹，我們可以知道一般山脈的形成都是由於板塊邊界的構造力造成的。但這些山脈形成後並非是保持在一定的高度一成不變的，控制這些山脈高度的因素也並非只有構造力一個因素。
維持一座山高度的自然過程可以簡化為三種類型：首先是構造力對山脈的側向支撐，這種力量要麼防止山脈在自身重量的作用下分崩離析，要麼抵抗重力的作用將它們推得更高；第二種就是氣候控制的侵蝕作用，主要通過移除高海拔地區的物質來限制山脈的高度；第三個過程被稱為「地殼均衡說」（isostasy），它使山脈漂浮在又熱又軟的地幔物質之上，就像冰山漂浮在水中一樣。
控制板塊匯聚邊界附近山峰高度的過程
（圖片來源：Nature自然科研）
科學家們一致認為是這三個主要過程共同作用，以動態的方式保持了山脈的高度。但由於不同的過程可能會不同步，所以會產生複雜的情況。地殼均衡過程對另外兩個過程的響應被認為是足夠迅速地與之同步，因此通常不會受到質疑。而到底是侵蝕力還是構造力起到了一級控制作用則一直是個極具爭議的問題。針對這一問題，地質學家們對喜馬拉雅山脈、安第斯山脈等典型的匯聚板塊邊界上的山脈進行了大量的研究。
早在1997年，Science就有文章指出，在喜馬拉雅山脈西北部，地貌的形成很大程度上取決於構造力，但是在與雪線相交的地帶中，冰川作用對海拔、起伏和地形的發展設置了上限，而與構造作用的速率無關。
平衡線海拔（ELA）變化對雪線以上地形範圍的影響
（Brozovic et al., 1997）
衡量冰川作用程度的一個常用指標是平衡線海拔（ELA），在這個海拔上，冰川的年累積與年消融正好匹配，因此冰川的淨質量平衡為零。而上圖反映了平衡線海拔對雪線以上地形範圍的影響。舉個例子，對於RH地區來說，ELA降低600米將使雪線以上的面積增加一倍，也就是冰川面積變大。而冰川堆積區增加會增加冰通量，進而增加侵蝕率，從而使山脈高度恢復到以前的水平。
喜馬拉雅山脈的數據表明，大量降水的山脈帶在廣泛冰期後所達到的高度是ELA的作用，而不是巖石上升速率的作用。山地最高海拔和平均海拔隨著緯度的增加和ELA的減低而降低。因而在一個構造活躍的冰川山脈中，要想增加高峰海拔，氣候必須變暖或變乾燥。
珠穆朗瑪峰如此之高很可能是因為它位於中緯度地區
同時，有關喜馬拉雅山脈的簡單的物理論及數值模擬實驗也都表明，主動變形的碰撞山脈的內部動力學受氣候侵蝕的影響。
喜馬拉雅地區受侵蝕作用驅動的變形過程
（Whipple, 2009）
同樣地，在安第斯山脈的研究也證實大型山脈的上升和氣候之間的因果關係不只是單向的（即山脈顯著的上升會引發氣候變化），新生代氣候變化也可能導致了安第斯山脈的上升。在南美洲中部，受氣候控制的沉積物短缺會導致高剪應力進而以支撐安第斯山脈的板塊邊界應力，進而導致山脈高度的變化。
秘魯-智利地區由於風引起的相關海洋上升流
位於安第斯中部較高海拔的智利和秘魯北部受大氣和海洋環流的影響有著極端乾旱的氣候，這種乾旱氣候大大減少或切斷了向海溝提供的沉積物，使板塊界面失去了潤滑作用，這可能有助於將可用的板塊驅動力集中在俯衝板塊邊界的相對受限部分，將當地的剪應力提高到支撐山脈海拔到3公裡以上所需的水平。
位於安第斯山脈西麓的智利首都聖地牙哥
另一個關於侵蝕控制山峰高度的典型例子是「冰川鋸」假說。該假說認為，冰川山脈的高度受到平衡線海拔附近快速冰川侵蝕的限制，使山峰保持在約為氣候控制下雪線的高度。因此，全球冰川山高度的差異，應主要受氣候變化的影響，而不是受構造作用的影響。
山脈最大海拔（Maximum elevation）和分層最大海拔（Hypsometric）與雪線高度（snowline altitude）具有很好的相關性（Egholm et al., 2009）
而近期發表在Nature上的論文（Dielforder et al., 2020）對分布在大緯度範圍（~53°N-~40°S）、氣候條件明顯不同的10個匯聚板塊邊緣的山脈的高度與相關的構造力進行了分析對比，對這一問題進行了進一步的探討。
研究的10個山脈的位置
首先，他們使用了一個流變模型量化了大型逆衝斷層的剪切力（Fs），並通過對沿各斷層段的剪切力積分計算獲得最終的剪應力。而後，他們使用分析力平衡模型計算了由流變模型推導出的Fs值可支撐的山體海拔，並與已知的山脈的最大平均高程做對比。在所有研究的邊緣橫斷面的不確定性範圍內，兩個高程值是相似的且不可區分的。
最大平均高程（MME）與構造支撐海拔（TSE）對比。兩者之間的一致性表明，所有這些山的高度大致符合力的平衡。
該研究表明模型預測的高度與觀測到的高度非常吻合。因此，他們得出結論，無論氣候條件和侵蝕速度如何，現今的山脈高度是由構造力決定的。
但該觀點也有其困境。構造力通過擠壓和堆積地殼巖石來抬升山脈。為了跟上侵蝕，它必須使地殼處於擠壓破壞的邊緣。根據人們普遍接受的關於脆性上地殼強度的觀點，壓縮破壞要求水平應力遠遠高於垂直應力——然而Dielforde等人假設在山脈下面水平和垂直應力的強度是相同的（中性狀態）。為了解決這個難題，他們推測山區的地殼幾乎沒有強度，因為它包含非常弱的斷層。但如果地殼如此脆弱，為什麼山脈不崩塌，為什麼這些地區不成為新的板塊邊界? 有證據表明，地殼應力在某些俯衝帶附近確實幾乎是中性的，但不清楚在高山之下是否通常是中性的。因此，關於山峰高度的爭論又牽連出了地殼強度的問題。
可以看出，氣候與構造作用共同控制了山脈高度，但哪一種起到主要控制作用，仍然是以個懸而未決的問題。最終解決山脈高度的問題，仍需要大量的觀測和理論研究。
//參考資料
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REFERENCE
https://en.wikipedia.org/wiki/Mountain
Brozovic, N., Burbank, D. W., & Meigs, A. (1997). Climatic Limits on Landscape Development in the Northwestern Himalaya. Science, 276(5312), 571-574.
Lamb, S., & Davis, P. M. (2003). Cenozoic climate change as a possible cause for the rise of the Andes. Nature, 425(6960), 792-797.
Egholm, D. L., Nielsen, S. B., Pedersen, V. K., & Lesemann, J. E. (2009). Glacial effects limiting mountain height. Nature, 460(7257), 884-887.
Whipple, K. X. (2009). The influence of climate on the tectonic evolution of mountain belts. Nature Geoscience, 2(2), 97-104.
Dielforder, A., Hetzel, R. & Oncken, O. (2020) Megathrust shear force controls mountain height at convergent plate margins. Nature 582, 225–229.
Wang，K. L. (2020). Force takes control in mountain-height debate.
美編：張 嶽
校對：陶 琴