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一起爬山吗?你知道山的高度是由什么决定的吗?

2020-07-03 发布于 遂平百事通
 

宁波华翔配资来源:Nature自然科研

山脉的高度是由什么样的因素决定的?通过分析作用在构造板块界限四周山上的力,发明主要的控制因素是构造力而非天气驱动的侵蚀。

众所周知,山脉是在构造力的作用下形成的,但是山脉如何保持在今天的高度尚有争议。一个广为流传的观点是天气控制的侵蚀会限定其高度。在《自然》期刊的一篇论文中,德国亥姆霍茲地理研究中心的Dielforder等人提出了差别的观点。他们发明,至少对位于构造板块交汇处四周的山脉而言,在控制高度方面起主要作用的因素是构造力。

作者应用一个现实山地地形颠末平滑、忽略了岑岭和深谷后的模子来讨论山峰高度。使得如许的山峰高度得以保持的自然历程可以简化为三种类型(图1)。起首是对山脉组成侧向支持的构造力。这种力既可以防止山脉在自身重量的作用下塌落,又可以抵抗重力的作用,将它们推得更高。第二是天气控制的侵蚀,它通过侵蚀高处的山体来限定山峰高度。第三是地壳平衡(isostasy),它使山脉像漂浮在水中的冰山那样漂浮在热而软的地幔物质之上。在这里的讨论中,我们可以忽略诸如因岩浆活动而引起的火山生长如许在局地尺度上产生的历程。

宁波华翔配资这三个主要历程在动态中配互助用,维持山峰的高度,科学家们对此并无争议。然而庞大之处在于,差别历程的步调可能有所不一。学界争论聚焦于侵蚀与构造力是否有一方会赛过另一方。地壳平衡作用对其他两个历程的相应通常被认为是足够实时告竣步调一致的,因而一般在争论中并未被质疑。

在侵蚀控制山脉高度的模子中,最具代表性的就是冰川锯(glacial buzz saw)。根据地形和冰川漫衍的观测结果,该模子假定:岂论构造力如何,冰川侵蚀与平衡隆升配互助用,使山峰保持在约为天气控制下雪线的高度。

Dielforder和同事提出了一个差别的、将构造力作为主要驱动因素的模子。板块交汇界限四周的主要构造力是由界限处的主要地质断层提供的(图1)。作者使用相干断层的强度以及适用于研究涉及的各区域的热力和机械参数的估算值,估算了各种板块界限的构造力。全部这些参数的量化都需要举行几个假设,因而在估算中引入了一些不确定性。

不外,Dielforder和同事们最紧张的假设被用于建立构造力和山峰高度之间的接洽。他们假设山脉正下方的地壳应力处于中性状态,即由于构造力引起的水平压缩与岩柱重量引起的垂直压缩相同。由于岩柱的重量与其高度成正比,可以用针对每个板块界限估算的构造力来预测其可以支持的山峰高度。作者发明,他们的模子预测的高度与观测到的高度十分吻合。因此,他们得出结论,无论天气条件和侵蚀速率如何,构造力都可以维持当前的山峰高度。

宁波华翔配资如果构造力是主要的控制因素,那么我们如何解释之前研究中提出的山峰高度与天气条件之间的相干性?答案可能在于Dielforder及其同事所考察的区域:大多数位于俯冲带(图1),除了安第斯山脉以外,这些俯冲带内没有很高的山峰。如果研究范围涉及更为遍及的构造情况,那么之前的结果与本研究大概并不冲突。

另一种可能是,如果侵蚀是主要控制因素,仍需要构造力来平衡岩柱的重量。地形升沉较大的区域,比方从海底沟槽到山顶(图1),通常都需要等静压和构造力来平衡重量。如果天气控制的侵蚀将山脉高度保持在较低水平,这是否表示着构造力较小?一个相干的问题是给定的山峰高度是否只能与一个构造力的可能值相干联。回答这些问题需要对作用力和岩石的强度举行深入相识。

Dielforder等人在配资公司 山峰高度的争论中提供了至关紧张的论据,但他们的观点也有其局限性。构造力通过压碎并聚集地壳岩石来抬高山脉。为了跟上侵蚀的速率,必须将地壳保持在压缩失效的边沿。根据配资公司 脆性上地壳强度的公认观点,压缩失效要求水平应力远高于比垂直应力,而Dielforder及其同事则假设山峰下水平应力和垂直应力的巨细相同(中性状态)。

为相识决这个难题,作者推测山区的地壳险些没有强度,由于它含有非常弱的断层,从而中性应力离失效不远。但是,如果地壳云云单薄,为什么山脉不塌陷,而且为什么这些区域不成为板块界限呢?有证据表明,在某些俯冲带四周,地壳应力确实险些是中性的,但尚不清晰在较高的山峰之下它是否通常是中性的。因此,配资公司 山峰高度的争论引申出了一个配资公司 地壳强度难题。Dielforder及其同事的事情表明,如果我们希望解决山峰高度问题,还需要举行大量的观察和理论研究以相识地壳应力和强度。

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