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为什么火星上的山可以那么高,而地球上的山峰最高也无法超过 9000 米?

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作者 / 太空僧

这是一篇略枯燥乏味的回答,请不要点开。

火星上最高的山,是奥林匹斯山,高于火星基准面 21171 米,是火星上的第一高山,也是太阳系第一高的火山。

地球也有火山,为什么都没这么高?

首先,火星上影响火山高度的因素和地球差不多,岩浆房的超负荷压力、火山通道的形态、岩浆的黏性等,差不多就是这些因素。但由于火星低重力、低大气压以及没有板块移动等的特殊特性,火星的火山和地球还是有一点不一样:火星的岩浆底辟作用发生深度浅、熔岩流规模更大、导致火山结构也更大。这不仅与低重力的环境有关 (火星重力是地球的三分之一),而且与火星地幔柱的持续时间和相对稳定的岩石圈也有很大关系。当然,缺少像地球环境中的大气和降水造成的那种风化剥蚀作用也是原因之一。那这些影响因素中,哪些是关键因素呢?

图中火山的宽度,相当于从北京到青岛那么远

1. 最浅显的因素:低重力

这个大家都能想到,我就简单说了:较低的重力允许火山生长得更高。在岩石构成相同的情况下,一般山体高度取决于其自身的重力,太高了就会把自己给压垮了。简单粗暴的说,重力减小一半,山高就能增加一倍 (现实世界并没这么简单,只是大致如此)。一旦超过这个限高,上面岩石的重量将 “液化” 底层的岩石,使其像厚泥浆一样变为流动状,从而使山势下降。这个过程会一直持续到山势稳定为止。纯理论上,如果山是由玄武岩构成的,那地球上的最高峰的限制是大约 14.5 公里 (忽略风化剥蚀)。而火星上,这个值将达到约 38 公里左右。

2. 板块构造原因

火星上的大部分火山都是由玄武岩构成的盾形火山,主要是由流动的玄武岩质熔岩喷发形成的 (其它还有中心火山口塌陷火山和平原式火山,这里地方太小写不下,就略了)。奥林匹斯山就是一种盾形火山。

盾形火山地球上也有很多,但火星上的比地球上同类火山规模要更大一点。这可能是由于现在的火星已不再存在板块构造的缘故。地球上的板块构造会让火山不再孤单,“地火” 在它附近因板块构造而生成的缝隙裂痕处不断移动变化,并导致火山岛链的形成,而不是一座巨大的山。火星却已经是一个地心没有发动机的死星,没有了板块移动,火山就可以一直在同一地点一直喷一直喷,这意味着来自星球内部的热量只有几个地方可以逃逸,熔岩更容易在自己顶部堆积,创造出比地球上大得多的巨山。在我们的星球上,假如地球没有板块构造,那将夏威夷火山链中的火山岩体都积累在一起,就可以达到奥林匹斯山体积的一半。因此火星山形成巨型火山的机制是可以理解的。

3. 隐藏的原因:黏度

火山形成的地形特征与岩浆或熔岩的黏度有很大关系,而黏度与温度、物质组成、熔融物中是否存在固体物质以及岩浆中的气体含量有关。其中最关键的是岩浆中 SiO2 的含量,SiO2 含量越高,黏性越大。而更黏的岩浆会含有更多的气体,因此更容易从地下喷发。(另外火山形状也与喷发速度有关,两种黏度相同的岩浆,喷发速度快的岩浆比慢的岩浆形成地形更平坦。)

岩浆黏度最直接表现在盾形火山的坡度上。火星上大部分盾形火山的坡度角都比地球上玄武岩盾形火山更大,是因为火星岩浆的黏度比地球要高,从上文可知,这可能是其中的二氧化硅含量偏高的缘故,也有可能是构成岩浆的成分不只是玄武岩。目前所获得的成分鉴定结果表明,很多火星火山中含有玄武质岩安山岩,其 SiO2 含量在 52%-57% 之间。另外,黏度越大,延展性越强,岩石在应力下越不容易破裂,

一句话,火星火山岩浆中 SiO2 更多,导致更黏,所以坡度相对更大,所以可以更高。

图中火山口宽为 102 公里,火山口坑深达 3 公里。相比之下,夏威夷火山口直径只有 18 公里

太阳系最高的山

刚才说,奥林匹斯山是太阳系第一高的火山,但 “太阳系最高的山” 实际上属于小行星灶神星的雷亚西尔维亚山,高约 22 公里。

最左侧为珠峰,数字为基底海拔,即去掉青藏高原 5.2 公里的高度

上面图中最右边的就是灶神星的这个系里第一高的山峰,它的左侧是奥林匹斯山。问题是,火星直径有 6800 公里,但灶神星的直径只有 525 公里。

目前主流理论认为形成山脉的方法大致有三种:

  • 构造隆起(如地球上珠穆朗玛峰)
  • 火山堆积(如地球上的毛纳基亚和火星上的奥林匹斯山)
  • 冲击反弹(如灶神星上的雷亚西尔维亚)

珠峰高度不到地球直径的 0.3%,奥林匹斯山高度为火星直径的的 0.65%,但雷亚西尔维亚山却达到了灶神星平均直径的 8.4% 左右。由此看来,低重力还是王道。

来源:知乎

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