听说珠穆朗玛峰还在长高,它能长到2万米吗?

这个问题虽然看起来是地质学问题,不仅题主感兴趣,一些物理学家也感兴趣,他们发挥物理学的知识,也想知道地球到底承受多高的山。例如来自MIT的物理学家Victor Weisskopf ,他根据岩石主要成分二氧化硅分子承受最大的力,得出了以下不等式,把二氧化硅的质子中子总数40,代入,大概极限高度h为13KM.,也就是说山超过这个高度,可能会把山的岩石压融化了。

另外一些物理学家不满足于计算地球承受的山脉,他们根据花岗岩石能够承受的压强(与Weisskopf的方法不同),分别计算了金星,木卫一,火星等不同天体的承受山脉高度,他们理论高度分别为7.5km,18km,37km,跟实际情况稍微差别的。

实际上在地球上影响山体的高度还有许多地质上因素,例如地壳是浮在地幔上,随着高度升高,岩体下沉可能会被熔浆软化或融化;山体也不是全是石头,里面充满缝隙,给风、水的侵蚀带来机会,岩体也有可能因侵蚀而坍塌,一个例子是新西兰的奥拉基/库克山原来是海拔3764米,在1991年岩体坍塌下降到3754米,整整少了10米。

所以回到题目,珠穆朗玛峰的确在抬升,但面对抬升的平衡力却有多种多样,无论在理论上,还是现实中地球上的山体都很难到达2万米的高度。


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事实上,珠穆朗玛峰不太可能长到2万米那么高。具体原因我们看一下。

珠穆朗玛峰为什么在升高?

其实珠穆朗玛峰升高的原因我们都知道,就是因为板块运动。

但是板块之间为什么会运动呢?关于这个问题很少有人了解。

事实上,板块之所以会运动,是因为地球内部并不是固态的。我们知道,地球内部压强很大,温度也非常高,导致地球内部物质根据不同的压力、温度,分为了:地壳层、岩石层、地幔、地核。

其中地幔层是板块运动的主要原因,我们知道,地核处的温度非常高,然而岩石层的温度很冰冷,这导致上下地幔层受到的温度不均。再加上地幔层物质属于熔融状态的流体,就像火山刚喷发处的物质一样,于是在温度不均的作用下,地幔会发生热对流作用,连带着地幔层上方的地壳层也发生运动。

当两个密度、厚度大小差不多的板块相遇后,会在力的作用下聚集在一起,然后形成丘陵、山脉、高山。珠穆朗玛峰就是这么来的,而且至今板块运动仍在继续,所以珠穆朗玛峰至今仍在以每年3厘米左右的速度增高。

但是,珠穆朗玛峰在升高的过程中,也会因为一些其他的原因造成高度降低。

岩石坍塌

我们知道,喜马拉雅山是两个板块的地壳,在力的作用下汇聚在一起的山脉,但是喜马拉雅山在逐渐长高的过程中,等到长高到一定高度时,会在重力均衡的作用下,发生坍塌,

我们知道,山脉最稳定的结构应该呈金字塔状,而且底盘越大越稳定。在火星上有一座比珠穆朗玛峰更高的山奥林匹斯山,它的高度相当于珠峰的3倍,而它的山脉底部面积相当于美国亚力桑纳州的面积,大约294,312 平方千米,珠峰底部面积只是它的一半。

奥林匹斯山非常缓,站在山顶上无法看到山的边缘,而站在山的边缘,也看不出哪里有高山。但是珠穆朗玛峰却不是这样,它的结构比较陡峭,类似于哥特式建筑。

我们知道,金字塔结构的山脉不容易发生坍塌断层,但是哥特式建筑式的山脉却容易因重力受力不均、超过岩石承受能力等原因,导致山脉在生长的过程中,发生坍塌,所以珠穆朗玛峰并不能无限升高。

而且据科学家估计,珠穆朗玛峰最高的高度大约在1万米左右,并不能达到2万米。

风力侵蚀

我们知道,地球上有大气层,而太阳系其他行星要么大气层较稀薄,要么没有大气层,所以其他星球几乎不会发生风力侵蚀。

但地球上风力侵蚀、雨雪冲击等原因都可以造成山脉高度降低。再加上珠峰顶峰没有植被的阻挡,所以珠峰更容易被风力侵蚀。

(风力侵蚀地貌)

除了风力侵蚀之外,冰层融化也是其中的因素,我们知道,珠穆朗玛峰山上有厚厚的一层冰层,这些冰层也贡献了一定的高度,但随着全球变暖,珠穆朗玛峰山顶附近的冰层厚度降低,这也会造成珠峰高度降低。

板块运动的不确定性

在地球45亿多年的历史中,板块运动发生过无数次变化,地球板块之间分分合合很多次,比如:曾经南美洲和澳大利亚相连,但现在它们之间却隔着海洋;再者在形成今天的板块之前,地球上所有的陆地是连在一起的,被称之为“泛大陆”,后来有在板块运动的作用下,彼此分离,直到演化出今天的样子。

这也就是说,板块运动并不总是朝着一个方向运动的,而是会在一定的阶段发生改变,比如:原本两个相互汇聚的板块,变得相互分离。此时就会导致珠穆朗玛峰不再生长,甚至会在板块运动的作用下,珠穆朗玛峰地区会形成大峡谷或者湖泊。

总结

由于山脉底部受力与压强的关系,珠穆朗玛峰并不能无线增高,最多只能到1万米左右。如果超过了一定的高度,珠峰很有可能因承受不住山体的重量,而发生崩塌事件。

如果风力侵蚀速度、冰层融化速度超过了珠峰的生长速度,那么很有可能导致珠峰高度不增反降。

如果板块运动发生了变化,也有可能导致珠峰不再生长,甚至会在板块运动的作用下,高度降低。

所以,珠峰并不能无限增长,也不能生长到2万米的高度。

珠穆朗玛峰是喜马拉雅群山中的最高峰,同时也是地球上最高的山峰,2005年5月22日,我国登山队重新测得了珠穆朗玛峰的高度,珠穆朗玛峰的高度为8844.43米。

在遥远的亿年以前,现今喜马拉雅山脉所处的位置原本曾是一片汪洋,由于板块运动,两大板块碰撞挤压,最终隆起了这片山脉,并且,科学家估计,由于板块运动一直在持续,因此珠穆朗玛峰的高度会一直增高,就拿整片的喜马拉雅山脉来说,平均每万年增高20-30米,珠穆朗玛峰位于喜马拉雅山脉群山之中,自然也伴随着喜马拉雅山脉的升高而升高。

但是,珠穆朗玛峰的高度会一直增加吗?

当然不会,任何一颗星球上的山峰高度都有对应的极限高度,比如在地球上,一位英国地质学家曾经计算过,在考虑到各种因素影响之后,估算地球上山峰的极限高度为21700米。

那为什么山峰会存在生长的最高极限呢?

问题其实用中学物理知识便可以解答,由于整座山峰的重量都压在山底处,所以当山峰的高度超过极限高度时,山基处的岩石承受不住巨大的压力就会破碎,山峰的高度就会降低,这时山峰的势能转化为内能,山底山基处的岩石温度将会升高,直至岩石熔化,这样的话,山峰的高度存在一个极限值。

尽管珠穆朗玛峰所在的整个喜马拉雅山脉都在升高过程中,珠穆朗玛峰的极限高度也不会超过两万米,那位地质学家估算出来的21700米只是理论极限高度,实际上,珠穆朗玛峰的极限高度不会超过两万米。

这与所在星球的重力大小是密不可分的,在火星上,奥林匹斯火山高于火星基准面21171米,这是珠穆朗玛峰高度的两倍多,接近三倍。火星上能够存在如此高的火山,根本原因是因为火星的表面重力只有地球表面重力的五分之二。

而如果在表面重力极其高的星球上,比如在白矮星、中子星上,白矮星上最高的山不会超过1cm,而在中子星上,几乎可以视为完美的平整,没有任何凸起。

文/科学船坞

珠穆朗玛峰的确在持续升高,这种情况主要是由于大陆板块经年累月的位移和相互挤压所导致的。

当板块受到水平方向的挤压后,大量岩石、土壤等物质就会不断隆起,久而久之就形成了山脉——这种现象被称为“造山运动”,只会发生在狭长的地槽区。

所谓地槽区,大致来说就是两个板块相互挤压时发生了错位,一块朝斜上方运动而突起,一块朝斜下方运动而凹陷,于是发生错位的区域就形成了一条狭长”沟槽”,这片区域就被称之为地槽区。

喜马拉雅山脉就是典型的地槽区之一。

地壳运动是由于地球内部一直在翻腾导致的,板块一旦发生了碰撞,相互挤压的现象会持续很长时间。就喜马拉雅山脉而言,这种挤压力所导致的造山运动至今仍未停止,直观表现就是山体的高度在不断增加。

然而,于人类的感知而言,板块移动的速度是极其缓慢的,山脉高度的增长速率更是尤其缓慢。根据地质学家的测算,喜马拉雅山脉的海拔高度大约每过一万年,才会上升20-30米。换言之,自人类社会诞生之日算起,直到今天喜马拉雅山脉也顶多只被抬高了20米左右。

那么,让珠穆朗玛峰的高度提升到2万米,需要多久呢?

抛开积雪的厚度不算,珠穆朗玛峰的裸高是海拔8844.43米,距离两万米还差了大约11155米。

由于地质运动发生在下方,山体高度的增加也是自下而上的,山峰本身并不会长高,因此只有让整个喜马拉雅山脉被整体抬高,珠穆朗玛峰的海拔高度才会上升;也只有让喜马拉雅山脉被抬高11155米,珠穆朗玛峰的海拔高度才能达到两万米。

以上文提到的每隔一万年增长30米的速率来计算,要让整个喜马拉雅山脉升高3000米,就需要100万年的时间;升高11155米,则大约需要300万-400万年。

因此,假如珠穆朗玛峰能升高到2万米,大约需要400万年左右,那时候人类究竟是否还存在,又或是地球发生了什么变化,统统都是个未知数。

不过,这仅仅只是理论上的数据,于实际情况而言,珠穆朗玛峰的高度是不可能达到两万米的。因为山体根本就无法维系这种高度。

事实上,珠穆朗玛峰在最高的时候,已经超过了12000米,后来坍塌了。

在2005年展开的“第四次珠峰综合科考活动”中,考察人员根据岩层的拉伸现象,推算出珠穆朗玛峰在1300万年前的海拔高度至少超过了12000米。

按照中国青藏高原研究会理事、中国科学院院士丁林院士的说法:

“根据我们的观测和计算,珠峰北坳层岩石的拉伸率为150%左右,发生拉伸变形的年代大约在1300万年前。这意味着珠峰的高度在那时可能比现在要高很多。”

这一推断也并非空穴来风,而是有迹可循的。

珠穆朗玛峰的山体外部有许多裸露在外的岩层,它们是珠穆朗玛峰的主要结构,对这些岩层的拉伸情况进行检测和计算,就能得知珠穆朗玛峰在不同时期的高度。

至于具体的测算原理,丁林教授曾对记者做过一个比较通俗的比喻:

若是将一个1米×1米的正方形拉伸为长度1.5米的长方形,则它的宽度会降低为原先的67%左右,即大约1.5米×0.67米,也就是说,物体的长宽变化是存在一种规律的。

正是根据这样的规律,考察人员计算出了珠峰北坳层的8000米海拔,在1300万年以前应该是11900米,再加上大约700~800米变化不大的珠峰层黄带层,珠峰的高度在1300万年前应该超过12000米。

然而在这种高度下,山峰自重太大等客观因素导致了峰顶的断裂,随后在地壳运动中逐渐达到了某种平衡,最终形成了如今这个8000多米的高度。

由此可见,珠穆朗玛峰的高度尽管一直在增加,然而它永远不可能达到20000米之高。

2021-11-01

2021-11-01