在星球上的山峰,最底下的岩石将承受整座山峰的重量,由于岩石的强度是有限的,超过一定高度的山峰,最底下的岩石将被压成熔融状态(也就是岩浆),所以山峰存在极限高度。
在有重力的星球上,山峰的极限高度与星球的引力密切相关,比如地球上的珠穆朗玛峰高度为8844米,火星上的奥林匹斯山为21171米,在致密的白矮星上,最高的“山峰”不会超过1厘米。
地球上最高的珠穆朗玛峰,是印度板块向亚洲板块挤压的结果,目前珠穆朗玛峰还在以每年0.3厘米的速度抬升;据地质学家估计,在1000万年前,珠穆朗玛峰曾经达到过12000米的高度。
山峰的高度存在极限,主要原因是地球岩石的强度存在极限,随着山峰高度的增加,最底层岩石将承受整座山峰的重量,当岩石的强度不足以支撑起山峰重量时,最底层的岩石将被压成岩浆。
试想一座耸立的山峰,最底层的岩石解体后,整座山峰的高度降低,于是山峰的势能转化为内能,融化了最底层的岩石。
在2016年全国中学生物理竞赛试题中,第12道题就利用了这个思路,可以粗略估计一个星球上,山峰所能达到的高度极限。
原理简述:当山峰超过极限高度后,最顶层的山体将滑落到底部;也可以看成山基部分的物质被融化,导致山体高度降低;于是就可以视为山顶物质滑落到山底,释放的重力势能融化了山底的物质。
在地球上的绝大部分岩石,主要成分是二氧化硅(SiO2)、碳酸钙(CaCO3)等等,岩石的平均融化热为c=2~3*10^5J/kg,根据以上假设就有:
mgH=mc;
可以估计出地球上的山峰高度极限,在2~3万米之间,当然这只是一个粗略的估计,实际情况还需要考虑各方面的因素;英国地质学家韦斯利夫,在考虑各方面影响后,计算出地球上山体的高度极限为21700米。
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