#地球上有超过1万米的山峰吗#
地球最高峰珠穆朗玛峰是青藏高原南缘喜马拉雅山脉的主峰,它的总高度为8848米,刨去山顶的冰雪厚度,岩石净高为8844.43米,精度为±0.21米。根据测量,珠穆朗玛峰每年还在长高4~5毫米,并且向北偏移3~6毫米,这是印度洋板块持续挤压的结果。
珠穆朗玛峰南坡
珠穆朗玛峰只是喜马拉雅山脉众多高山中最高的一座山峰,喜马拉雅山脉包括50座海拔超过7200米的山峰,其中有10座山峰高度超过了8000米。
喜马拉雅山脉
地球上的山峰可以无限制地长高吗?如果不能,它的极限是多少?这是个有趣的问题。
要想知道答案,我们首先要从山峰的形成开始谈起。
地球上的山峰主要由造山运动和火山运动形成。与此同时,河流、冰川和大气流动会持续不断以侵蚀山峰,削低它的高度;一些地质原因比如地震等也会造成山体的坍塌。
火山运动造山
在太阳系的所有行星中,已知最高的山峰是由火山喷发形成的,它就是火星上的奥林巴斯山。这座占地面积相当于法国国土面积三分之二的巨型火山高度大约是22千米,是地球珠峰的两倍多,可以说一览众山小了。
火星上的奥林巴斯火山俯视照片,中心是火山口
奥林巴斯山是典型的盾型火山,它是由地下火山熔岩流喷射出地表向四周流淌后冷却,一点点堆积而成。其特点是坡度平缓,占地面积大,像一个扣在地上的盘子或盾牌。奥林巴斯山的侧面坡度只有5°,这主要是由其熔岩性质决定的,它在相当长时间内连续溢出比较稀的岩浆,岩浆在冷却之前可以流淌到很远的地方,这便使得火山拥有非常广阔的面积,也为其创造新高度打下了基础。
在地球表面不乏奥林巴斯这样的盾型火山,夏威夷岛的冒纳罗亚火山、莫纳罗亚火山、堪察加半岛的火山群等等都是典型的例子。
莫纳罗亚火山
板块造山运动
由于活跃的地壳板块运动,地球上绝大多数的高山都是由板块之间的拉扯、碰撞、挤压而形成的,这被统称为造山运动。
当两个板块相互推挤时,由于密度较低的大陆地壳“漂浮”在致密的地幔之上,它更容易因受到挤压而被迫向上隆起产生褶皱,从而形成丘陵、山脉或高原,山的高低由板块推挤的强度的持续的时间决定,同时也受制于其下方地壳的厚度。当推挤的强度足够大、时间足够长时,岩层可以发生对称或不对称折叠,从而形成巍峨的高山,巴尔干半岛东部的山脉就是典型的例子。
板块折叠、破裂、经侵蚀后形成山脉
在地壳断层相互错动时,一侧的断层的岩石会受到推挤而升高从而形成山,这种山在地质上被称为地垒;下落的一侧则成为裂谷,地质上称为地堑,东非大裂谷就是因此而形成的。
地壳断层形成山与谷
珠峰为什么长高?
包括珠穆朗玛峰和喜马拉雅山脉在内,整个青藏高原都是在印度板块与亚洲大陆板块的碰撞挤压下,经过数千万年的不断抬升形成的。
在大约1.3~1.25亿年前,印度板块从南极洲和澳大利亚脱落,并以非常快的速度穿越印度洋向北移动,速度最快时达18~19.5厘米/年。在大约5500万年前与亚洲板块发生碰撞,由于受到亚洲板块的阻力,印度板块的移动速度下降到4.5厘米/年,但从地质变化的角度这仍然是一个相当快的速度。
印度板块快速速度并与欧亚板块碰撞
遭遇到欧亚板块的阻拦,印度板块向下插入到了亚洲板块的下方,并与其叠合在一起继续向北推进,这不仅将亚洲板块南部边缘的海底部分“铲”起并抬高,同时还推挤亚洲板块使其抬升并产生褶皱,这就是喜马拉雅山脉和青藏高原产生的原因。
板块碰撞示意动画(它并不准确)
我们在文章开头提到,珠峰现在每年还在长高,并且有向北偏移的迹象,说明印度板块的推挤作用还在进行。那么,珠峰到底会长到多高?它的高度有极限吗?
山峰的高度受地壳限制
我们不能确定珠穆朗玛峰最后到底能长到多高,一万米?两万米?或者到9000米就打住了?有一点可以确定的是,它不可能无限制地向上生长,因为珠峰的底下的地壳并不牢固。
地壳是地球表面的一层坚硬、脆性的岩石壳层。在陆地区域,地壳的平均厚度大约是30千米左右,主要是由比较轻的花岗岩等长石质岩石构成;在海底,地壳会薄许多,大约在5~10千米左右,但海底地壳的岩石主要是玄武岩、辉绿岩和辉长岩,其密度更大,基性更强。
地壳由一层厚薄不均的岩石构成
如果将地球比作一颗茶叶蛋,地壳便相当于鸡蛋壳。与鸡蛋壳相比,在相同比例的情况下,地壳的厚度仅是鸡蛋壳的三分之一。再加之地壳下方的地幔并非坚固的基质,它是像鸡蛋白那样有弹性的岩石,因此在受到上方强大重力的情况下,地壳会发生塌陷甚至破裂下沉。这比你戳破茶叶蛋壳要轻松多了。
巨大的山体重力会造成地壳塌陷
前文提到的夏威夷莫纳罗亚火山,这座地球上最大的盾型火山经过至少70万年的持续喷发,其海拔高度达到4169米。如果算上水下淹没的部分,莫纳罗亚火山的高度达9170米,已经超过珠峰。这是莫纳罗亚火山的真实高度吗?不对。这座巨大的火山由8万立方千米的坚硬岩石组成,它巨大的重量将下方地壳压塌了8千米!如果地球地壳如火星地壳一样坚固,莫纳罗亚火山的总高度应当是17170米,当仁不让地成为地球第一高山。
喜马拉雅山脉下方也存在地壳塌陷现象
总结
地球上绝大部分山峰的形成多是板块运动和火山活动的结果。
火山活动将地下炙热岩浆带到地面,岩浆冷却、堆积后形成山峰;地壳板块的相互推挤、错动使地表岩层褶皱、折叠、断裂从而形成高山。
火星表面重力仅有地球的三分之一,其地壳平均厚度为50千米,最大厚度达到125千米,并且由于内部热量散失,火星的地幔比地球地幔更坚硬,这就是奥林巴斯火山能够达到22千米高度的原因。
地球地壳本身比较薄弱,加之下方软流圈和上地幔结构不稳固,导致地壳会在高山的重压下发生塌陷,这限制了山体继续长高。
珠穆朗玛峰
珠穆朗玛峰还在继续抬升,它最终能长到多高依然是一个谜。从地球物理的角度分析,珠峰的高度受到其下方地壳强度的限制,在达到一定高度后,喜马拉雅山脉的重力会导致下方的印度板块发生断裂,从而改变印度板块的运动方式,由平插转为俯冲。在失去“双板块”的支撑后,届时珠峰不仅不会升高,还可能因板块运动变化而发生下沉。当然,这都是很久远以后的事了。

2022年的第七本书,《放学后的小巷》。
这是本很“微妙”的书,为了看这本书的结局,差点都误了车。
直到倒数第二章之前,都是很中二的少年和很中二的推理,很像青崎有吾和米泽信穗的校园侦探,那种日常之谜。毕竟中国写这种日常之谜的推理小说凤毛麟角,其他大都摆脱不了沉重的社会的枷锁,所以这本虽然中二,我认为至少题材值得鼓励,但心下觉得得奖作品不过如此,盛名之下其实难副。
但是最后两章改变了我对这本书的看法,倒数第二章就让我刮目相看,倒数最后一章,流了泪,或许是为了救赎,或许是为了青春。
首届QED奖作品,名至实归。

【陈学雷丨聆听宇宙“天籁”,探寻暗物质之谜】版权归原作者所有,如有侵权,请联系科普中国
“天籁”是一种宇宙的韵律,
我们想要探测宇宙大爆炸产生的声音,
然后用它去理解暗能量到底是一种什么东西。

陈学雷 · 中国科学院国家天文台研究员 宇宙暗物质与暗能量研究团组首席科学家
宇宙是怎样开始的呢?有的朋友说,宇宙开始于一个大爆炸。
这是上个世纪一些科学家提出来的一种大胆猜想,后来这种理论被观测证实了。
宇宙的未来是怎样的?
既然宇宙开始于大爆炸,那么它有没有结束?未来是什么样子呢?
其实提出宇宙大爆炸理论的这些科学家也做了一些预言,他们假定宇宙中充满了各种物质,然后使用爱因斯坦的广义相对论去预测宇宙的命运。

大家可以看到左面展示的是大爆炸的过程,而右面的这幅图上展示的是对未来的预测。
宇宙经过大爆炸以后,它就处在膨胀中,由于物质万有引力的作用,它会使膨胀慢慢变慢,变慢以后会怎么样呢?
这就取决于这里面物质的多少,和一开始膨胀的速度之间的关系。
如果这个膨胀的速度一开始不是那么大,而物质很多,那么造成的结果就是它膨胀到一定程度以后,膨胀就会慢慢地减速,最后减到一定程度,很可能就停止了膨胀。然后又开始收缩,收缩到一定程度以后,最后就进入了一个“大塌缩”的状态。
大塌缩之后宇宙会变成什么样子?目前并不知道,因为到那个时候,所有的能量和密度都太高了,现在的理论都无法描述。
如果宇宙一开始的时候膨胀速度比较快,而这个物质并没有那么多,它也会使宇宙的膨胀减速,但是减速可能不足以使它停下来,这样的话宇宙就会一直的膨胀下去。
也就是这幅图里右边的两种图景——它一直膨胀,但是减慢的速度可能没有那么明显。
这就是过去,大家对宇宙的未来的认识,那是不是这样子呢?到底这几种情况哪一种是对的呢?
加速膨胀的宇宙
已完成:10%
在上个世纪的八十年代,有一些科学家想要解决这个问题,但是都面临一个很大的困难,就是我们怎么才能判断到底是哪一种情况呢?
这个办法就是测量不同时刻宇宙膨胀的速度。

左边这幅图上展示的是日常生活当中很常见的测量速度的方法。
宇宙学当中的这个情况略有不同,但道理是一样的,就是测量宇宙中的不同时刻,它膨胀到底有多快,然后看看它的速度是怎么变化的。
当然宇宙学当中一个很大的问题在于,我们并不知道怎么样测量这个距离。
自古以来,想要了解天体的距离就是非常困难的。
比如说,我们国家有一个著名的寓言,据说孔子遇到了两个小孩在辩论:太阳到底是在早晨的时候离我们近一些,还是在中午的时候离我们近一些?
两个小孩都提出了一些很好的论据,孔子就没有办法决定了,这就是所谓“两小儿辩日”的故事。
实际上想要测量像太阳这样一个离我们比较近的天体的距离,并不是那么容易,要测量更远处的天体,当然就更难一些。但是科学家还是提出了一些方法。一种办法就是通过所谓“标准烛光”来测量距离。
什么叫标准烛光呢?
在19世纪的时候,人们为了研究光学,发明了一种比较标准的蜡烛,这些蜡烛点出来以后,光的亮度都是一样的。
把它放在不同的距离上,可以看到,越远的蜡烛看上去越暗一些,这就是标准烛光的作用。
就是我们知道它的绝对发光亮度,又可以测出它看上去有多亮,根据这两者之间进行比较,就可以知道天体到底有多远了。
问题在于我们有没有这样的蜡烛呢?
科学家们找到了一种这样的“蜡烛”,这个“蜡烛“就是Ia型的超新星。
什么是超新星呢?
天空中的星星,有一些暗,有一些亮,亮的大多是离太阳系比较近的一些恒星。有时这些恒星会突然发生爆炸——爆炸往往是因为到了它的寿命尾期,或者由于它的核心塌缩,或者是由于吸积了别的物质。
在宋朝的1054年,大家突然发现白天里出现了一颗星,非常非常亮,在白天都可以清楚地看到。
这颗星就是著名的1054年超新星,它遗留下来的爆炸痕迹今天还可以在天空中看到,就是所谓的蟹状星云。
这颗超新星的爆炸亮度最大的时候,可以达到太阳亮度的100亿倍。

上图的右边,就可以看到,一个星系中一颗超新星爆发以后,它非常非常亮。
虽然它这么亮,但是要在宇宙的距离上看到它,还是很困难的。我们需要在非常远的地方找到这样的超新星。
天文学家在漫天星斗中寻找这种超新星,可能就是有一个地方稍微亮了一点儿,亮的那一点儿实际上就是个超新星。
超新星有不同的种类。其中有一种超新星叫做Ia型的超新星,它的亮度经过一些修正后,可以作为一种标准烛光,并且可以拿它来确定距离。

在20年前,当时国际上有两个相互竞争的科学家团队,这两个团队有一个惊人的发现。
他们当时本来是想要测量宇宙到底是持续地膨胀下去,还是到一定程度以后会减速最后转成收缩,结果他们发现这两种情况都不对。
他们发现的是什么结果呢?
宇宙膨胀是在加速,越胀越快。
这项结果轰动了全球,其中贡献最大的几位科学家也获得了诺贝尔物理学奖。
神奇的暗能量
已完成:30%
这就给我们提出了一个问题,就是为什么宇宙膨胀越来越快?原来这些大爆炸的提出者的预言错了吗?
科学家们进一步提出了各种理论,最终得到了一个结论,就是宇宙当中可能含有大量的暗能量。
现在组成宇宙的普通物质只占我们这个宇宙的5%左右,剩下的95%以上的,很可能都是一些我们不知道的物质,其中有百分之二十多是所谓的暗物质。
虽然暗物质不发光,我们看不到它,但是根据它的引力可以推测,它在星系或者星系团中大量存在,占这个宇宙的百分之二十多。
它的性质还算不难理解,它毕竟是产生万有引力的。
而这个暗能量,它的性质就非常奇异。它的效应是使得宇宙的膨胀加速,也就是说相当于某种万有斥力一样,这是一种很神奇的东西。
正因为它这种神奇,我们给它起了个名字叫做“暗能量”,但是它到底是什么?我们其实并不知道。
有了暗能量以后,宇宙的命运就会发生很大的变化。就是它不但在膨胀,而且膨胀得越来越快。
来源: 格致论道讲坛


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