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为什么侵蚀现象有可能让山脉的高度不减反增?

时间:2023-09-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:到了最后,大洋板块会完全消失,导致两个大陆迎头相撞,于是出现了地球上最大的山脉。这些山脉虽然远离大陆板块发生碰撞的造山带,但由于侵蚀作用减轻了山脉所承受的岩石负担,导致阿巴拉契亚山脉一直轻松欢快地继续长高。季风带来的强降雨进一步加剧了侵蚀现象,使山体岩石不断磨损。侵蚀作用会通过减轻山体的承重负担而使山峰增高,但这远非故事的全部。

(地理,剑桥)

每个大洲都有巍峨的山峰,充分展现地质力量的巨大威力。英语中常说“古老如山”,实际上即使是全球最高的山峰地质年龄也十分年轻。不论是山势崎岖的落基山脉、白雪皑皑的阿尔卑斯山,还是高耸入云的喜马拉雅山,它们曾经都是平原地貌,是在距今不超过五千万年之前才拔地而起,逐渐形成的。这意味着在恐龙灭绝之后很长一段时间里,现在这些高高矗立的山峰当时甚至连丘陵地貌都算不上。

不过翼龙曾经展翅飞跃过的那些高山如今大部分已经在侵蚀作用下降低了很多,如苏格兰的喀里多尼亚山脉、北美的阿巴拉契亚山脉、亚洲的乌拉尔山脉,这些都属于地球上最为古老的山脉。山峰看上去亘古不变,似乎没有任何力量可以改变它们。但实际上山脉并非永恒不变的地表特征,在无休无止的地质剧变以及长时间的风雨侵蚀作用下,山脉不断隆起,又不断被削低,永远不会静止不动。

19世纪的地质学家认为造山运动的持续时间可长达几千万年,山脉地带会在这一过程中逐渐升高,然后增势停止,山峰在风雨、流水、浮冰的作用下逐渐降至海平面。1899年,美国地质学家、地貌学派创始人威廉·莫里斯·戴维斯(William Morris Davis)提出侵蚀周期理论,认为山脉经历隆起增高、磨损变平、然后再次隆起升高这种周而复始的变化。鉴于该理论简单明了,一时广为人们所接受。

20世纪60年代出现了与侵蚀周期论迥异的另外一种解释。当时,板块构造学说揭示了导致山脉隆起的真正原因,让人们认识到地球表面并非一成不变,它是由四五十块巨大的大陆岩石板块所构成的,而且这些板块一直处于运动状态,不断形成也不断变化。

世界上最长的山脉实际上不在地表,而是大洋中脊,隆起于海底板块交界之处,地球内部的新生物质就是从这里冒出来的。除此之外,地表所有的高山峻岭都是由于板块相向运动而产生的:位于两个板块中间的岩石在两侧推力作用下产生皱褶,就像被推挤到墙边变得皱皱巴巴的地毯一样。

移动幅度最大的要数海洋下面的板块。当海洋板块与大陆板块发生碰撞的时候陆地就会在挤压作用下隆起,而这就是为什么大部分“褶皱”山脉都位于大陆的边缘。大陆板块像木筏一样漂浮在半熔化的地球内核上面,相比之下大洋板块的密度更大,因此当二者相撞的时候,大洋板块就会钻到下面去,回到地球内层,将浮在上面的大陆板块拱起来。

这样一来,相向运动的两个板块之间由碎块构成的楔形“岩层”就会随两侧板块的逐渐挤压而越升越高,形成北美落基山脉那样的巨大造山带。到了最后,大洋板块会完全消失,导致两个大陆迎头相撞,于是出现了地球上最大的山脉。阿巴拉契亚山脉和喀里多尼亚山脉当初就是这样形成的。随着印度洋板块不断向北移动插入亚洲板块下面,喜马拉雅山脉也在经历同样的造山过程,不断升高隆起。

近年来,地质学家们逐渐认识到以上理论并不全面。首先,在地质变化过程中,岩石并非坚不可摧、固定不变,而是一直都在缓慢地移动。所以与其说山脉是由碎石堆构成的地毯皱褶,喜马拉雅山更像是印度洋近陆地区的一道巨大的弓形波。

实际上,认为大陆板块之间的相互挤压和碰撞导致板块间岩石层拱起形成山峰和山脉,这种理解还是太过简单化。英国科学家乔治·艾里(George Airy)19世纪勘察喜马拉雅山的时候吃惊地发现铅垂线偏离了垂直线,这说明整个山体延伸到距地表以下很深的地方。现在我们知道地球上每个巨大的山脉都是这样的。实际上,山峰很像是漂浮在地球内部结构之上的冰山,而露出地面的只不过是冰山一角。

新兴的地壳均衡学说认为,在气候条件及其他侵蚀力的作用下,山峰逐渐磨损,这反而使其像卸掉了重物的木筏一样向上浮起。因此,地质学家们曾经认为像阿巴拉契亚山脉这样古老的山脉会慢慢变平消失,但实际上它们每个世纪都会增高几厘米。这些山脉虽然远离大陆板块发生碰撞的造山带,但由于侵蚀作用减轻了山脉所承受的岩石负担,导致阿巴拉契亚山脉一直轻松欢快地继续长高。

当然,侵蚀现象并非始于造山运动,而是一开始就有的,气候和侵蚀作用对地质变化的影响使山脉的变化过程变得更加复杂。喜马拉雅山的隆起使其成为一道屏障,挡住了整个亚洲地区的气流运动,从而产生了印度洋季风,形成旱季和雨季的交替。季风带来的强降雨进一步加剧了侵蚀现象,使山体岩石不断磨损。为了保持地壳的均衡状态,喜马拉雅山就会像阿巴拉契亚山脉一样向上浮起。

在地壳的均衡补偿作用和折叠岩的紧缩作用双重影响下,喜马拉雅山成为地球上增长速度最快的山峰,每年增高超过一厘米。虽然这一增长速度看上去十分缓慢,但这意味着它几个世纪就能向上蹿升一公里。不过随着时间的推移,即使山体负重在侵蚀的作用下不断减轻,喜马拉雅山的增长速度仍会逐渐减慢,因为虽然印度洋板块持续下潜,欧陆板块在被挤压而隆起的同时还会向前延伸和向下沉降。

总之,造山运动是一个极端复杂的过程,远非隆起、变平、隆起、变平这种简单的规律可以概括解释清楚的。实际上,这个动态过程涉及了一系列相互作用的因素。侵蚀作用会通过减轻山体的承重负担而使山峰增高,但这远非故事的全部。不过无论地球上的山峰最终结局如何,可以肯定的是它们仍将陪伴我们很长一段时间。

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