網友問題:河水能衝蝕出峽谷,如果時間足夠長,河水能衝蝕的足夠深露出地幔嗎?
有意思的問題,腦洞開的有點大。
01 全球地殼的厚度
我們都知道,地球從裡到外分為地核、地幔和地殼。而(上)地幔和地殼之間的分界面叫莫霍洛維奇不連續面(一個饒舌頭的名字),簡稱莫霍面,Moho,或者M不連續面,是克羅埃西亞地球物理學家、地震學家氣象學家莫霍洛維奇於1909年發現。
地殼是指由巖石組成的固體外殼,地球固體圈層的最外層。地殼分為兩種基本類型:大陸地殼(簡稱陸殼,continental crust)和大洋地洋殼(簡稱洋殼,oceanic crust)。地質與地球物理資料顯示全球各地的地殼厚度不一,全球地殼平均厚度約17千米,陸殼平均厚度為39-41千米,在構造擠壓縮短地區(例如青藏高原),地殼厚度可達70-75千米;相比之下,洋殼要薄很多,例如大西洋洋殼厚度3-4千米,太平洋的洋殼7-8千米。而全球最深的溝馬裡亞納海溝11034米,為地球的最深點,也意味著這裡的地殼最薄(當然,這裡需要提一句,馬裡亞納海溝是由板塊俯衝形成,並非河流地貌)。
毫無疑問,地球最外層最為我們所熟悉,但其在成分上卻也最為複雜多變。地球複雜的地殼是怎樣形成的?起初,原始地球差不多只是一塊質量均衡的巖石,經過長時間的分異作用才逐漸形成了地球的層圈結構。
地球內部剖面示意圖(來自bing)
02 地貌的演化
大量研究表明,地貌是深部構造與淺表過程多圈層互相作用,構造、氣候、侵蝕及沉積互饋的結果。
引自中國地震局張會平研究員2020構造青年論壇報告
河流下切速度一般0.01-0.1米/年,每年幾釐米,1百萬年(Ma)下來河底要下降幾萬米,這個速度是驚人的。 號稱世界七大自然奇觀之一的科羅拉多大峽谷,全長446千米,平均寬度16千米,最深處2133米,平均深度超過1500米。河流裡的物質源源不斷的被河水侵蝕、搬運至其他地方。根據地殼均衡理論,地表物質被河流搬運走,導致區域地殼抬升,換句話說,原來埋藏深部的巖石不會永遠暗無天日待在地下,終將山體的風化剝蝕作用下暴露於地表。
03 河流的歸屬
河流侵蝕作用,是指流水破壞地表,掀起並帶走地表物質的作用。
河流侵蝕作用類型
1. 溯源侵蝕:向河流源頭方向的侵蝕(增長);
2. 下蝕:垂直於地面的侵蝕(增深);
3. 側蝕:垂直於兩側河岸的侵蝕(增寬).
河流河谷的發育初期,其縱坡面坡度較大,河流主要以下蝕作用和溯源侵蝕為主,谷地深切成「V」形谷或峽谷;形成期主要以下蝕作用和側蝕作用為主,到了成熟期則以側蝕作用為主。上述三種類型的侵蝕作用和三個階段並非孤立存在的,事實上,在河流的每一個時刻任一河段都是三種類型共同參與的結果。
這裡引入一個概念--河流侵蝕基準面。每一條河流下切侵蝕的最大深度都不是無止境的(呼應一下題目),河流下切深度受河流侵蝕基準面控制,當河流下切接近這一平面後就失去侵蝕能力,不再向下侵蝕。學界對河流侵蝕基準面有不同的認識,儘管如此,對任何一條河流來說,控制河流下切侵蝕的最低基面都是存在的。
圖片來自網絡
河流發展到一定階段後,河底的侵蝕和堆積達到平衡狀態,但這樣的平衡永遠是相對的和暫時的。這種平衡是河流自動調節的能力,對任意一條河流來說,任何時候水流都力求達到這種平衡狀態。從平衡-不平衡-再平衡中來回調整,河谷從峽谷變成寬谷,河流就是在這樣的變化中不斷發展。
綜上,即使時間再長,河水也不能衝蝕的足夠深而露出地幔。