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火星最高山峰2.1萬米,地球上的山峰為什麼不會超過2萬米?

地球的表面是由海洋、高山、沙漠、丘陵、平原、盆地、江河湖泊等多種地形地貌共同構成的,之所以擁有這麼多複雜多變的地貌單元,一方面來源於地球內部的地質活動,另一方面就是以地球表面為載體,每時每刻都在進行流動的空氣、水等進行侵蝕和搬運的結果。而山脈作為固態行星一般都會具有的一種地貌,其形成基礎主要來自於地球內部的構造運動,並且在外力的侵蝕和物質的搬運作用下,反覆進行雕琢而形成階段性的狀態。太陽系中的最高山峰為火星上的奧林匹斯山,高度達到2。1萬米,而地球上的最高山峰為珠穆朗瑪峰,高度僅為8844米,為何比火星大的地球,最高的山峰突破不了2萬米呢?

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推動山體高度增加的客觀因素

既然山峰是固態行星表面常見的一種地貌單元,那麼它的形成肯定離不開這個星體本身所固有的變化特徵,而這個變化程度又取決於星體所能提供的物質來源豐富程度,物質聚積過程中的時間長度、以及地質活動的正向推動作用。

從物質來源方面來看,總體上,這個固態行星的質量越大,往往所能提供用於山體形成的岩石來源渠道就越多、數量也越大。我們在太陽系之外透過天文望遠鏡發現了很多體積和質量都很大的巖質行星,科學家們透過初步地分析和計算,在有些星體上面有眾多的高山,有的高度能夠達到幾萬米甚至十萬多米,這與這個星體本身的質量較大有直接關係,因為可以為山體高度提升提供更多的岩石物質來源。

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從時間長度方面來看,固態行星在形成之後的相當長一段時間內,其核心都是處於活躍狀態的,也就是說在核心活躍的驅動下,星體的內部會發生著長期、持續、劇烈的地質運動,這個運動是山體能夠形成的直接原因。而比較年輕的星體,由於地質活動連續進行的時間較短,在地質運動的驅動下所堆積或者擠壓形成的山體,還處於持續的發育過程中。因此,在地質活動基本處於同一強度的情況下,星體地質活動所持續的時間越長,則對錶面地貌的影響程度就會越大,從而形成高山的機率就越高。

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從地質活動推動作用來看,擁有不同板塊構造的星體,其不同板塊之間相互碰撞的機率較大,其中有一部分是劇烈的擠壓作用,從而使密度較低的板塊出現抬升,久而久之出現地勢較高的山脈,地球的喜馬拉雅山脈就是在印度洋板塊和太平洋板塊的擠壓過程中,隨著造山運動的持續而形成的。而火星雖然沒有像地球這樣移動的板塊,但是在另外一個方面可以使地下岩漿不受到板塊活動的影響,其活動範圍和物質來源會相對穩定,因此由火山噴發帶來的山錐物質堆積作用可以持續進行,推動奧林匹斯山的持續升高。

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削弱山體增高趨勢的客觀因素

既然有推動山體增高的內在驅動力,但是一個星體的總物質有限,決定著山體不可能無限制地增加,同時加上一些反向力的作用,在一定程度上阻止了山體的持續增高。主要的表現形式有:

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地質活動推動能量釋放的非集中性。對於核心處於活躍期的巖質行星來說,在由於自身運轉和與其它大質量天體萬有引力的共同作用下,在內部不同圈層之間會產生應力和能量的持續積聚,雖然應力和能量的釋放主要發生在地殼最薄弱的區域,但是從整個星體內部的地質活動來看,基本上都是呈現環狀或者帶狀分佈,不可能集中在一個或者多個集中點,因此從星體內部釋放的物質也不可能只在一個區域內堆積。

星體執行過程中流體靜力學的平衡作用。拿巖質行星來說,其形成初期都是透過微小的星際氣體和塵埃,在萬有引力的作用下,透過不斷地碰撞和擠壓逐漸聚合而成,而當質量增加到一定程度之後,就會在自身核心的引力作用下發生塌縮,使得星體密度逐漸增加,表面就會有呈現越來越平滑的趨勢,這就是天體的流體靜力學原理。越是表面凹凸不平、越是高差明顯的星球,這種趨勢就越發明顯,最後都會將星體“拉扯”到最簡單的類球體狀態,使得表面所受到的重力趨於一致的平衡狀態。

山峰底部岩層的承受能力。一個星體表面的地殼結構中,所包含的物質組成成分雖然有一定的差異,但是作為形成山體的岩石,其組成結構根據山體的形成方式不同,可以劃分為不同的種類,主要為岩漿岩、玄武岩、花崗岩或者石灰岩,而同類地質構造形成的山體,其岩石組成結構差異並不明顯。在同樣的引力作用下,岩石的密度越大,同樣體積的岩石其質量就越高,對下層的壓力就越大,當山體高度逐漸增加時,下層岩石的組成結構沒有發生相應變化,則承受的極限空間就會被壓縮,當超過這個極限時,基底的岩石就會被壓碎。雖然這個過程不會影響星體整體的地質變化過程,但會對自動地對山體的高度進行調節,太高時就會發生裂解直至部分倒塌。

外力的侵蝕作用。這一點主要體現在擁有大氣層的巖質行星上,在地表以及近地空間中,在太陽輻射能量出現差異時,就會引發空氣的流動,空氣分子與山體之間會發生一定的摩擦,久而久之使山體發生侵蝕,岩石分子之間的結合力就會減弱。同時,在日曬、降雨等的加持作用之下,山體岩石就會向著不斷破碎、裂解的方向發展,雖然這個過程十分漫長,但與更加緩慢的地質運動引起的造山效果相比,還是在一定程度上能夠延緩山體的持續增長的。

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地球山峰相對較低的原因

透過以上對影響星體山峰高度正反兩個方面原因的分析,我們把地球的相關情況與之進行對比,可以比較容易分析出地球沒有太高山峰的原因。

堆積形成高山原料有限。雖然與太陽系的其它行星相比具有一定優勢,但與地外星系中的巨型類地行星差距很大。

流體靜力學的削蝕作用。地球的自轉速度相對較慢,自轉離心力不能支撐地心引力對巨大山峰頂部巖體的吸引作用。

板塊運動的綜合影響。雖然地球不同板塊之間有相互位移運動,一定程度上能夠引發板塊與板塊之間的碰撞,產生造山運動,但是板塊運動開始形成山峰的時間還較短,僅為幾千萬年。而且,作為火山噴發提升火山口高度的重要物質來源-岩漿,會隨著板塊的位移發生傾向性地變遷,很多火山歸於沉寂,因此不能像火星曆史上那樣可以持續不斷地進行火山噴發。

地層岩石承重能力有限。地表岩石的主要成分是二氧化矽和碳酸鈣,密度相對較大,當山體高度持續增加時,基底對山體壓力的承受能力有限,超出臨界高度之後就會發生裂解和破碎。據測算,這個臨界高度在1。5-2萬米之間,而且這個是在不考慮別的因素之下的結果。

外力侵蝕現象嚴重。地球擁有較為濃密的大氣層,在空氣流動以及會隨著空氣流動產生的水汽迴圈作用下,山體每時每刻都在遭受著侵蝕,進而形成物質的轉移,山的頂部發生侵蝕直接會影響山體的高度,山中間部位發生侵蝕,則會影響山體的穩定性,進而間接影響山體的高度。

總結一下

地球雖然在板塊相互碰撞和擠壓過程中,使區域性區域地殼發生隆起,形成造山運動,但是透過以上的分析,我們可以看到,在天體流體動力學因素、地質活動綜合影響、岩石承受能力以及侵蝕等多種因素的共同作用下,地球的山峰高度不可能一直在持續增長,理論最高界限值是在1。5-2萬米之間,與現在最高峰珠穆朗瑪峰相比仍然高出不少,但是這個增長的過程是相當緩慢的,而且在增長過程中,會不可避免地受到各種反向條件的制約,最終會達到一個穩定的平衡狀態。