為什麼地球的山峰不能無限長高?

地球最高峰珠穆朗瑪峰是青藏高原南緣喜馬拉雅山脈的主峰,它的總高度為8848米,刨去山頂的冰雪厚度,岩石淨高為8844.43米,精度為±0.21米。根據測量,珠穆朗瑪峰每年還在長高4~5毫米,並且向北偏移3~6毫米,這是印度洋板塊持續擠壓的結果。

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珠穆朗瑪峰南坡

珠穆朗瑪峰只是喜馬拉雅山脈眾多高山中最高的一座山峰,喜馬拉雅山脈包括50座海拔超過7200米的山峰,其中有10座山峰高度超過了8000米。

為什麼地球的山峰不能無限長高?

喜馬拉雅山脈

地球上的山峰可以無限制地長高嗎?如果不能,它的極限是多少?這是個有趣的問題。

要想知道答案,我們首先要從山峰的形成開始談起。

地球上的山峰主要由造山運動和火山運動形成。與此同時,河流、冰川和大氣流動會持續不斷以侵蝕山峰,削低它的高度;一些地質原因比如地震等也會造成山體的坍塌。

火山運動造山

在太陽系的所有行星中,已知最高的山峰是由火山噴發形成的,它就是火星上的奧林巴斯山。這座佔地面積相當於法國國土面積三分之二的巨型火山高度大約是22千米,是地球珠峰的兩倍多,可以說一覽眾山小了。

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火星上的奧林巴斯火山俯視照片,中心是火山口

奧林巴斯山是典型的盾型火山,它是由地下火山熔岩流噴射出地表向四周流淌後冷卻,一點點堆積而成。其特點是坡度平緩,佔地面積大,像一個扣在地上的盤子或盾牌。奧林巴斯山的側面坡度只有5°,這主要是由其熔岩性質決定的,它在相當長時間內連續溢出比較稀的岩漿,岩漿在冷卻之前可以流淌到很遠的地方,這便使得火山擁有非常廣闊的面積,也為其創造新高度打下了基礎。

在地球表面不乏奧林巴斯這樣的盾型火山,夏威夷島的冒納羅亞火山、莫納羅亞火山、堪察加半島的火山群等等都是典型的例子。

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莫納羅亞火山

板塊造山運動

由於活躍的地殼板塊運動,地球上絕大多數的高山都是由板塊之間的拉扯、碰撞、擠壓而形成的,這被統稱為造山運動。

當兩個板塊相互推擠時,由於密度較低的大陸地殼“漂浮”在緻密的地幔之上,它更容易因受到擠壓而被迫向上隆起產生褶皺,從而形成丘陵、山脈或高原,山的高低由板塊推擠的強度的持續的時間決定,同時也受制於其下方地殼的厚度。當推擠的強度足夠大、時間足夠長時,岩層可以發生對稱或不對稱摺疊,從而形成巍峨的高山,巴爾幹半島東部的山脈就是典型的例子。

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板塊摺疊、破裂、經侵蝕後形成山脈

在地殼斷層相互錯動時,一側的斷層的岩石會受到推擠而升高從而形成山,這種山在地質上被稱為地壘;下落的一側則成為裂谷,地質上稱為地塹,東非大裂谷就是因此而形成的。

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地殼斷層形成山與谷

珠峰為什麼長高?

包括珠穆朗瑪峰和喜馬拉雅山脈在內,整個青藏高原都是在印度板塊與亞洲大陸板塊的碰撞擠壓下,經過數千萬年的不斷抬升形成的。

在大約1.3~1.25億年前,印度板塊從南極洲和澳大利亞脫落,並以非常快的速度穿越印度洋向北移動,速度最快時達18~19.5釐米/年。在大約5500萬年前與亞洲板塊發生碰撞,由於受到亞洲板塊的阻力,印度板塊的移動速度下降到4.5釐米/年,但從地質變化的角度這仍然是一個相當快的速度。

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印度板塊快速速度並與歐亞板塊碰撞

遭遇到歐亞板塊的阻攔,印度板塊向下插入到了亞洲板塊的下方,並與其疊合在一起繼續向北推進,這不僅將亞洲板塊南部邊緣的海底部分“鏟”起並抬高,同時還推擠亞洲板塊使其抬升併產生褶皺,這就是喜馬拉雅山脈和青藏高原產生的原因。

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板塊碰撞示意動畫(它並不準確)

我們在文章開頭提到,珠峰現在每年還在長高,並且有向北偏移的跡象,說明印度板塊的推擠作用還在進行。那麼,珠峰到底會長到多高?它的高度有極限嗎?

山峰的高度受地殼限制

我們不能確定珠穆朗瑪峰最後到底能長到多高,一萬米?兩萬米?或者到9000米就打住了?有一點可以確定的是,它不可能無限制地向上生長,因為珠峰的底下的地殼並不牢固。

地殼是地球表面的一層堅硬、脆性的岩石殼層。在陸地區域,地殼的平均厚度大約是30千米左右,主要是由比較輕的花崗岩等長石質岩石構成;在海底,地殼會薄許多,大約在5~10千米左右,但海底地殼的岩石主要是玄武岩、輝綠岩和輝長岩,其密度更大,基性更強。

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地殼由一層厚薄不均的岩石構成

如果將地球比作一顆茶葉蛋,地殼便相當於雞蛋殼。與雞蛋殼相比,在相同比例的情況下,地殼的厚度僅是雞蛋殼的三分之一。再加之地殼下方的地幔並非堅固的基質,它是像雞蛋白那樣有彈性的岩石,因此在受到上方強大重力的情況下,地殼會發生塌陷甚至破裂下沉。這比你戳破茶葉蛋殼要輕鬆多了。

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巨大的山體重力會造成地殼塌陷

前文提到的夏威夷莫納羅亞火山,這座地球上最大的盾型火山經過至少70萬年的持續噴發,其海拔高度達到4169米。如果算上水下淹沒的部分,莫納羅亞火山的高度達9170米,已經超過珠峰。這是莫納羅亞火山的真實高度嗎?不對。這座巨大的火山由8萬立方千米的堅硬岩石組成,它巨大的重量將下方地殼壓塌了8千米!如果地球地殼如火星地殼一樣堅固,莫納羅亞火山的總高度應當是17170米,當仁不讓地成為地球第一高山。

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喜馬拉雅山脈下方也存在地殼塌陷現象

總結

地球上絕大部分山峰的形成多是板塊運動和火山活動的結果。

火山活動將地下炙熱岩漿帶到地面,岩漿冷卻、堆積後形成山峰;地殼板塊的相互推擠、錯動使地表岩層褶皺、摺疊、斷裂從而形成高山。

火星表面重力僅有地球的三分之一,其地殼平均厚度為50千米,最大厚度達到125千米,並且由於內部熱量散失,火星的地幔比地球地幔更堅硬,這就是奧林巴斯火山能夠達到22千米高度的原因。

地球地殼本身比較薄弱,加之下方軟流圈和上地幔結構不穩固,導致地殼會在高山的重壓下發生塌陷,這限制了山體繼續長高。

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珠穆朗瑪峰

珠穆朗瑪峰還在繼續抬升,它最終能長到多高依然是一個謎。從地球物理的角度分析,珠峰的高度受到其下方地殼強度的限制,在達到一定高度後,喜馬拉雅山脈的重力會導致下方的印度板塊發生斷裂,從而改變印度板塊的運動方式,由平插轉為俯衝。在失去“雙板塊”的支撐後,屆時珠峰不僅不會升高,還可能因板塊運動變化而發生下沉。當然,這都是很久遠以後的事了。

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喜馬拉雅山脈西北地質剖面圖


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