#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。

第六四三天,无论你是否承认,我们的脚下都有几千公里厚的土地,它由各种材料组成,包括土壤、岩石、水、火山、熔岩和固态铁。大多数人小时候都挖过个洞,也许是因为我们都对地底下未知的的东西很感兴趣。我们挖的洞可能主要由泥土组成,可能还有一些岩石,挖得越深,越难看到洞的底部,除非爬入洞中,否则你将很难再挖下去。很显然,通过这个例子使我们明白了一个道理,我们无法通过挖穿地球来研究地球的构造。

那么我们如何才能知道地球内部的构造呢?现代科学家提出了一个巧妙的方法–利用地震波。地震波是地表以下发生板块运动而产生的一种波,通过测量地震波,科学家就可以了解有关地球的许多知识。通过观察地震波的形态我们就可以推算出地球的内部是由厚度不同的不同材料组成的,也就是分层的,因为地震波通过不同材质的速度不同。

总的来说,我们脚下踩着的第一层是地壳,地壳的下方是地幔,地幔是半固体,由运动的岩石和岩浆组成。地幔下面就是地球的核心,它由两部分组成,分别是一个液体的外地核和一个固态的内地核。内地核是由能承受巨大压力的铁和镍构成的,它承受的压力相当于地球表面大气压的900万倍。地核的温度极高,大约是5000℃,与太阳表面的温度差不多!

地球的内部温度随深度增加而增加,但是,该增长率不是线性的。在最高的100 km之内,温度梯度大约为15℃至30°C / km,随即在地幔中急剧下降,然后在内地核中缓慢增加。地壳底部的温度约为1000°C,地幔底部的温度约为3500°C,地核的温度约为5000°C。
地幔上部500 km的温度曲线,与干燥的地幔岩石的融化曲线相比。在100至250 km的深度范围内,温度曲线非常接近干燥的地幔岩石的融化边界。因此,在这些深度处,地幔岩石处于融化与半融化的状态。

在某些情况下,如果存在多余的热量,并且温度线越过熔点线,地幔的这一区域将被称为低速带,也被称为软流圈,因为地震波在接近其熔点的岩石内会减慢。在250 km以下,温度保持在熔化线的左侧,这表明地幔正在对流,因此来自深处的热量被带到地表的速度会更加的快。

对流是板块构造的基本特征,地幔的对流是热量从地核传递到下地幔的产物。就像在热炉上的一锅汤中一样。热源附近的材料变热并膨胀,使其比上面的材料轻。浮力使其上升,而较冷的材料从侧面流下。地幔之所以对流,是因为从下方传来的热不完全均匀,所以,只要有稳定的力,地幔就足以缓慢地流动(以每年几厘米的速度)。就像汤锅中的例子一样,一旦岩心冷却到没有足够的热量,地幔将不再对流,这种现象已经发生在像水星和火星这样的小行星上了。

那么熔岩究竟为什么经过了这么多年都没有冷却呢?

熔岩没有冷却是因为它一直在被加热,地球内部的热量有两个主要来源,每个来源贡献了大约50%的热量。其中之一是地球内部物质摩擦产生的热,以及重力使物质在地球内部重新分布时相互摩擦产生的热(例如,铁的下沉形成核)。 另一个来源是放射性物质,特别是主要存在于地幔中的铀U235、U238 、K40和Th232的自发放射性衰变。

【研究:早期地球可能的化学遗留物位于地核附近】
一项新研究表明,位于地核附近的早期地球的可能化学残余物可能是45亿年前与一颗古老行星的碰撞所遗留下来的。犹他大学的研究人员在地幔深处发现了物质层,他们说这有助于解释地球是如何演化的。这项研究发表在《自然-地球科学》上,由美国国家科学基金会资助。

地球的内部结构为一同心状圈层构造,由地心至地表依次分化为地核、地幔、地壳。我们生活在地壳上,这是一层薄薄的固体岩石。在地壳和地球中心的铁-镍核心之间是地幔。它不是熔岩的海洋--相反,它更像固体岩石,但很热,而且有能力移动,推动了表面的板块构造。

我们怎么能知道地幔和地核中发生了什么?地震波。当地震发生后,地表的科学家可以测量地震波如何以及何时到达世界各地的监测站。根据这些测量结果,他们可以反算出地震波是如何被地球内部的结构(包括不同密度的地层)反射和偏转的。这就是我们如何知道地壳、地幔和地核之间的边界--以及部分我们如何知道它们是由什么构成的。

超低速区位于地幔的底部,在液态金属外核的顶部。在这些区域,地震波的速度减慢了一半,而密度增加了三分之一。

科学家们最初认为,这些区域是地幔部分融化的地方,可能是冰岛等所谓 “热点”火山地区的岩浆来源。

因此,Thorne、博士后学者Surya Pachhai和来自澳大利亚国立大学、亚利桑那州立大学和卡尔加里大学的科学家们开始探索另一种假设:超低速区可能是由与地幔其他部分不同的岩石构成的区域--它们的组成可能可以追溯到早期地球。

为了得到一个清晰的画面,研究人员研究了澳大利亚和新西兰之间的珊瑚海下面的超低速区。这是一个理想的地点,因为该地区有大量的地震,这提供了一个地核-地幔边界的高分辨率地震图片。人们希望高分辨率的观测能够揭示更多关于超低速区是如何组合在一起的。

但是,通过近1800英里的地壳和地幔获得一个地震图像并不容易。它也不一定是结论性的--厚厚的低速物质层可能与薄薄的更低速物质层一样反射地震波。因此,该团队使用了一种反向工程的方法。

在数十万次的模型运行中,这种被称为“贝叶斯反演”的方法产生了一个数学上稳健的内部模型,对模型中不同假设的不确定性和权衡有很好的理解。

这项研究为一些超低速区的起源提供了一些证据,尽管也有证据表明其他超低速区有不同的起源,例如正在下沉到地幔中的海洋地壳的熔化。但是,如果至少有一些超低速区是早期地球的遗留物,那么它们就保留了地球的一些历史,否则就会丢失。


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