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火星最高山峰2.1万米,地球上的山峰为什么不会超过2万米?

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地球的表面是由海洋、高山、沙漠、丘陵、平原、盆地、江河湖泊等多种地形地貌共同构成的,之所以拥有这么多复杂多变的地貌单元,一方面来源于地球内部的地质活动,另一方面就是以地球表面为载体,每时每刻都在进行流动的空气、水等进行侵蚀和搬运的结果。

而山脉作为固态行星一般都会具有的一种地貌,其形成基础主要来自地球内部的构造运动,并且在外力的侵蚀和物质的搬运作用下,反复进行雕琢而形成阶段性的状态。太阳系中的最高山峰为火星上的奥林匹斯山,高度达到2.1万米,而地球上的最高山峰为珠穆朗玛峰,高度仅为8844米,为何比火星大的地球,最高的山峰突破不了2万米呢?

推动山体高度增加的客观因素

既然山峰是固态行星表面常见的一种地貌单元,那么它的形成肯定离不开这个星体本身所固有的变化特征,而这个变化程度又取决于星体所能提供的物质来源丰富程度,物质聚积过程中的时间长度、以及地质活动的正向推动作用。

从物质来源方面来看,总体上,这颗固态行星的质量越大,往往所能提供用于山体形成的岩石来源渠道就越多、数量也越大。我们在太阳系之外通过天文望远镜发现了很多体积和质量都很大的岩质行星,科学家们通过初步地分析和计算,在有些星体上面有众多的高山,有的高度能够达到几万米甚至十万多米,这与这个星体本身的质量较大有直接关系,因为可以为山体高度提升提供更多的岩石物质来源。

从时间长度方面来看,固态行星在形成之后的相当长一段时间内,其内核都是处于活跃状态的,也就是说在内核活跃的驱动下,星体的内部会发生着长期、持续、剧烈的地质运动,这个运动是山体能够形成的直接原因。而比较年轻的星体,由于地质活动连续进行的时间较短,在地质运动的驱动下所堆积或者挤压形成的山体,还处于持续的发育过程中。因此,在地质活动基本处于同一强度的情况下,星体地质活动所持续的时间越长,则对表面地貌的影响程度就会越大,从而形成高山的几率就越高。

从地质活动推动作用来看,拥有不同板块构造的星体,其不同板块之间相互碰撞的几率较大,其中有一部分是剧烈的挤压作用,从而使密度较低的板块出现抬升,久而久之出现地势较高的山脉,地球的喜马拉雅山脉就是在印度洋板块和太平洋板块的挤压过程中,随着造山运动的持续而形成的。而火星虽然没有像地球这样移动的板块,但是在另外一个方面可以使地下岩浆不受到板块活动的影响,其活动范围和物质来源会相对稳定,因此由火山喷发带来的山锥物质堆积作用可以持续进行,推动奥林匹斯山的持续升高。

削弱山体增高趋势的客观因素

既然有推动山体增高的内在驱动力,但是一个星体的总物质有限,决定着山体不可能无限制地增加,同时加上一些反向力的作用,在一定程度上阻止了山体的持续增高。主要的表现形式有:

地质活动推动能量释放的非集中性。对于内核处于活跃期的岩质行星来说,在由于自身运转和与其它大质量天体万有引力的共同作用下,在内部不同圈层之间会产生应力和能量的持续积聚,虽然应力和能量的释放主要发生在地壳最薄弱的区域,但是从整个星体内部的地质活动来看,基本上都是呈现环状或者带状分布,不可能集中在一个或者多个集中点,因此从星体内部释放的物质也不可能只在一个区域内堆积。

星体运行过程中流体静力学的平衡作用。拿岩质行星来说,其形成初期都是通过微小的星际气体和尘埃,在万有引力的作用下,通过不断地碰撞和挤压逐渐聚合而成,而当质量增加到一定程度之后,就会在自身内核的引力作用下发生塌缩,使得星体密度逐渐增加,表面就会呈现越来越平滑的趋势,这就是天体的流体静力学原理。越是表面凹凸不平、越是高差明显的星球,这种趋势就越发明显,最后都会将星体“拉扯”到最简单的类球体状态,使得表面所受到的重力趋于一致的平衡状态。

山峰底部岩层的承受能力。一个星体表面的地壳结构中,所包含的物质组成成分虽然有一定的差异,但是作为形成山体的岩石,其组成结构根据山体的形成方式不同,可以划分为不同的种类,主要为岩浆岩、玄武岩、花岗岩或者石灰岩,而同类地质构造形成的山体,其岩石组成结构差异并不明显。在同样的引力作用下,岩石的密度越大,同样体积的岩石其质量就越高,对下层的压力就越大,当山体高度逐渐增加时,下层岩石的组成结构没有发生相应变化,则承受的极限空间就会被压缩,当超过这个极限时,基底的岩石就会被压碎。虽然这个过程不会影响星体整体的地质变化过程,但会自动地对山体的高度进行调节,太高时就会发生裂解直至部分倒塌。

外力的侵蚀作用。这一点主要体现在拥有大气层的岩质行星上,在地表以及近地空间中,在太阳辐射能量出现差异时,就会引发空气的流动,空气分子与山体之间会发生一定的摩擦,久而久之使山体发生侵蚀,岩石分子之间的结合力就会减弱。同时,在日晒、降雨等的加持作用之下,山体岩石就会向着不断破碎、裂解的方向发展,虽然这个过程十分漫长,但与更加缓慢的地质运动引起的造山效果相比,还是在一定程度上能够延缓山体的持续增长的。

地球山峰相对较低的原因

通过以上对影响星体山峰高度正反两个方面原因的分析,我们把地球的相关情况与之进行对比,可以比较容易分析出地球没有太高山峰的原因。

堆积形成高山原料有限。虽然与太阳系的其他行星相比具有一定优势,但与地外星系中的巨型类地行星差距很大。流体静力学的削蚀作用。地球的自转速度相对较慢,自转离心力不能支撑地心引力对巨大山峰顶部岩体的吸引作用。

板块运动的综合影响。虽然地球不同板块之间有相互位移运动,一定程度上能够引发板块与板块之间的碰撞,产生造山运动,但是板块运动开始形成山峰的时间还较短,仅为几千万年。而且,作为火山喷发提升火山口高度的重要物质来源-岩浆,会随着板块的位移发生倾向性的变迁,很多火山归于沉寂,因此不能像火星历史上那样可以持续不断地进行火山喷发。

地层岩石承重能力有限。地表岩石的主要成分是二氧化硅和碳酸钙,密度相对较大,当山体高度持续增加时,基底对山体压力的承受能力有限,超出临界高度之后就会发生裂解和破碎。据测算,这个临界高度在1.5-2万米之间,而且这是在不考虑别的因素情况下的结果。

外力侵蚀现象严重。地球拥有较为浓密的大气层,在空气流动以及会随着空气流动产生的水汽循环作用下,山体每时每刻都在遭受着侵蚀,进而形成物质的转移,山的顶部发生侵蚀直接会影响山体的高度,山中间部位发生侵蚀,则会影响山体的稳定性,进而间接影响山体的高度。

总结一下

地球虽然在板块相互碰撞和挤压过程中,使局部区域地壳发生隆起,形成造山运动,但是通过以上的分析,我们可以看到,在天体流体动力学因素、地质活动综合影响、岩石承受能力以及侵蚀等多种因素的共同作用下,地球的山峰高度不可能一直在持续增长,理论最高界限值是在1.5-2万米之间,与现在最高峰珠穆朗玛峰相比仍然高出不少,但是这个增长的过程是相当缓慢的,而且在增长过程中,会不可避免地受到各种反向条件的制约,最终会达到一个稳定的平衡状态。

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