為什麼山峰的高度會受到限制?有人說:地球的山不會超過2萬米?

2020-12-24 李論科學

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地球上的山峰高度確實不會無限的生長,但是至於會不會超過兩萬米,並沒有具體數值的限制,但我們可以肯定的是自然過程中地球很難形成海拔兩萬米的高山。這是為什麼呢?

首先說下地球的結構

雖然我們生活在地球上,但是我們對腳下的地球卻不是很了解,因為我們無法用直接的手段去探測地球的結構,例如:我們打個很深的鑽孔,甚至打穿地球去研究其結構。這一點我們人類在上世紀也嘗試過,不過只鑽了12263米,這個距離就像是地球劃破了一點皮。因為地球的半徑平均有6371km。

不過雖然我們看不到地球內部的樣子,但是我們可以通過地震學、重力學和高精度現代空間測地技術觀測反演等進行研究。目前我們已經對地球結構建立了一個比較標準的模型。

我們將地球總體上分為外圈和內圈,外圈就是我們可以看見、可以直接測量研究的大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈;內圈主要通過地震波速在各個圈層中傳播速度的不同,我們將其分為:地幔圈、外液態地核圈、內固態地核圈。

巖石圈就是我們常說的地殼,我們在地球上能看到的一些地質結構:山脈、山峰、高原、平原、丘陵、盆地、以及海洋盆地都是在地殼上形成的。而且我們還知道地殼厚度分布不均勻,整個地球的地殼平均厚底為17千米,平原和盆地的地殼厚度相對來說處於中間,高原(青藏高原)的地殼厚度最大,可以達到70公裡,而海洋深處的地殼最薄的地方只有1.7公裡。

再次強調下:地球地殼厚底分布不均勻!這一點很重要,後面會說到。

地球的地幔圈分為上地幔和下地幔,整個地幔的厚度在2800km以上,其中的物質呈熔融狀態、甚至是液態,具有流動性。而且在上地幔的上層,也就是巖石圈和上地幔之間存在一個軟流圈,從70公裡延伸到了250公裡左右,這裡的溫度達到了700℃到1300℃,是巖漿的主要來源。

這裡只需要記住一點就行了:地殼是固態巖石圈,它漂浮在軟流圈和地幔之上。

地球上的山是怎麼形成的

地球上的山脈主要是由地質活動造成的,其中分為兩個主要的造山運動:板塊的運動碰撞和火山噴發巖漿堆積。

這兩個過程其實都是地球內部能量釋放的過程,上文我們說過,地球的巖石圈漂浮在軟流層上,而地殼又分為六大板塊,這些板塊會隨著軟流層運動,當兩個板塊發生相對運動碰撞時,一個板塊會向下俯衝將另外一個板塊隆起形成山脈,喜馬拉雅山脈是由印澳板塊與歐亞大陸板塊碰撞形成的。

火山噴發後由火山巖堆積起來的高山,這一點很好理解,在火星上擁有太陽系中最高的山:奧林匹斯山,由火山噴發形成的,高度達到了2.1萬米。但是由於火星地核已經完全冷卻,所以地質活動基本已經停止,不會再出現任何的造山運動了。其實一個活躍的星球,所有的地質運動的主要驅動力,都是來自核心的溫度以及引力導致的重元素沉降的過程。

地球上山的高度受到了哪些限制

首先山體的高度受到了山體材料強度的限制,地球上的巖石包括花崗巖、玄武巖、輝長巖、砂巖。其中砂巖的抗壓強度最大,如果一座山完全由砂巖構成的話,根據地球上的重力加速度9.8m/s,(砂巖密度)2300千克每立方米,代入h=P/g,可以得出由砂巖構成的山體高度不會超過8900米,如果超過這個高度的話,整個山體底層的巖石就會受到極限壓力,造成整個山體結構不穩定,雖然在造山運動過程中可以形成更高的山,但是經過漫長的歲月,整座山就會在重力的作用下慢慢的垮塌變小。

不過一座山的成分比較複雜,不可能由單一的巖石構成,而且山體多出現在高原地區,這也會增加山體的海拔高度,例如珠瑪琅瑪峰就坐落在海拔5200米的青藏高原上,而山體的高度只有三千多米。

所以說,一個星球上想要形成更高的山體,必須有足夠小的引力,而且要有強度比較大的材料。這就是為什麼火星比地球小,卻可以擁有如此高的奧林匹斯山,主要是因為,火星上的引力比較小,同樣的能量下火山噴發的高度就比地球上的高,所以奧林匹斯山可以在長時間的火山噴發中持續的堆積到如此高的高度。

在地球上就比較難以實現,在同樣的能量下,由於引力比較大,火山噴發的高度和持久性都會受到限制。

除了以上的因素以外,影響山體高度還有一個特別重要的原因

樹大根深,山高「根」深!樹大招風,山大也招「風」!

上面的話也許你聽說過吧,任何一座山都有山根,會一直延伸到軟流層中,就跟樹根一樣。並不是直接堆在地殼上的一堆石頭。上文也特別強調了,地球地殼的厚度不一樣,地殼漂浮在軟流層上。軟流層的密度比地殼密度大。

例如:例如珠穆朗瑪峰所在的位置地殼是地球上最厚的地方,而地球上最深的馬裡亞納海溝是地殼最薄的地方。

但是青藏高原地殼和珠穆朗瑪峰的質量加起來,要比馬裡亞納海溝薄薄的地殼和海水的質量大得多,由於軟流層是流體狀態,所以珠穆朗瑪峰下的地殼有非常大的一部分已經深入到了軟流層中,就跟巨大的冰山一樣,看似冰面上只有很小的一部分,但是大部分的冰山被埋在了水裡。這就是所謂的地殼均衡補償原理。也就是在補償面以上,壓力都是一樣的。

即在大地水準面以下某一深度處常有相等的壓力,大地水準面之上山脈(或海洋)的質量過剩(或不足)由大地水準面之下的質量不足(或過剩)來補償。

上圖中,上面的虛線稱為大地水準面,C的位置地殼較厚,明顯質量過剩,所以它深入地下就越多,而A處的地殼最薄,質量明顯不不足,所以質量的缺失就由下層密度更大的物質來補償,因此在上圖最下面的虛線位置稱為均衡補償面,在這個位置上層的壓力都是一樣的。

所以,我們看到的所有山脈、山體其實只看見了一部分,更大的體積都隱藏在了地下,這也解釋了為什麼一座山的高度是有極限的,因為兩個板塊在碰撞形成山體的過程中,其中一個板塊俯衝向下,穿透軟流層甚至只地幔的深度是有限的,所以抬升的的山體高度也是有限的。一般來說,山根深度基本上是山高的5.6倍,這其實就是阿基米德的浮力原理。

以上就是一個星球上,身體高度受限的主要原因。

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