火星上最高的山,是奧林匹斯山,高于火星基準面21171米,是火星上的第一高山,也是太陽系第一高的火山。
地球也有火山,為什麼都沒這麼高?
首先,火星上影響火山高度的因素和地球差不多,岩漿房的超負荷壓力、火山通道的形态、岩漿的黏性等,差不多就是這些因素。但由于火星低重力、低大氣壓以及沒有闆塊移動等的特殊特性,火星的火山和地球還是有一點不一樣:火星的岩漿底辟作用發生深度淺、熔岩流規模更大、導緻火山結構也更大。這不僅與低重力的環境有關(火星重力是地球的三分之一),而且與火星地幔柱的持續時間和相對穩定的岩石圈也有很大關系。當然,缺少像地球環境中的大氣和降水造成的那種風化剝蝕作用也是原因之一。那這些影響因素中,哪些是關鍵因素呢?
圖中火山的寬度,相當于從北京到青島那麼遠
1.最淺顯的因素:低重力這個大家都能想到,我就簡單說了:較低的重力允許火山生長得更高。在岩石構成相同的情況下,一般山體高度取決于其自身的重力,太高了就會把自己給壓垮了。簡單粗暴地說,重力減小一半,山高就能增加一倍(現實世界并沒這麼簡單,隻是大緻如此)。一旦超過這個限高,上面岩石的重量将“液化”底層的岩石,使其像厚泥漿一樣變為流動狀,從而使山勢下降。這個過程會一直持續到山勢穩定為止。純理論上,如果山是由玄武岩構成的,那地球上的最高峰的限制是大約14.5公裡(忽略風化剝蝕)。而火星上,這個值将達到約38公裡左右。
2.闆塊構造原因火星上的大部分火山都是由玄武岩構成的盾形火山,主要是由流動的玄武岩質熔岩噴發形成的(其它還有中心火山口塌陷火山和平原式火山,這裡地方太小寫不下,就略了)。奧林匹斯山就是一種盾形火山。
盾形火山地球上也有很多,但火星上的比地球上同類火山規模要更大一點。這可能是由于現在的火星已不再存在闆塊構造的緣故。地球上的闆塊構造會讓火山不再孤單,“地火”在它附近因闆塊構造而生成的縫隙裂痕處不斷移動變化,并導緻火山島鍊的形成,而不是一座巨大的山。火星卻已經是一個地心沒有發動機的死星,沒有了闆塊移動,火山就可以一直在同一地點一直噴一直噴,這意味着來自星球内部的熱量隻有幾個地方可以逃逸,熔岩更容易在自己頂部堆積,創造出比地球上大得多的巨山。在我們的星球上,假如地球沒有闆塊構造,那将夏威夷火山鍊中的火山岩體都積累在一起,就可以達到奧林匹斯山體積的一半。因此火星山形成巨型火山的機制是可以理解的。
3.隐藏的原因:黏度火山形成的地形特征與岩漿或熔岩的黏度有很大關系,而黏度與溫度、物質組成、熔融物中是否存在固體物質以及岩漿中的氣體含量有關。其中最關鍵的是岩漿中SiO2的含量,SiO2含量越高,黏性越大。而更黏的岩漿會含有更多的氣體,因此更容易從地下噴發。(另外火山形狀也與噴發速度有關,兩種黏度相同的岩漿,噴發速度快的岩漿比慢的岩漿形成地形更平坦。)
岩漿黏度最直接表現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,是因為火星岩漿的黏度比地球要高,從上文可知,這可能是其中的二氧化矽含量偏高的緣故,也有可能是構成岩漿的成分不隻是玄武岩。目前所獲得的成分鑒定結果表明,很多火星火山中含有玄武質岩安山岩,其SiO2含量在52%-57%之間。另外,黏度越大,延展性越強,岩石在應力下越不容易破裂,
一句話,火星火山岩漿中SiO2更多,導緻更黏,所以坡度相對更大,所以可以更高。
圖中火山口寬為102公裡,火山口坑深達3公裡。相比之下,夏威夷火山口直徑隻有18公裡
太陽系最高的山剛才說,奧林匹斯山是太陽系第一高的火山,但“太陽系最高的山”實際上屬于小行星竈神星的雷亞西爾維亞山,高約22公裡。
最左側為珠峰,數字為基底海拔,即去掉青藏高原5.2公裡的高度
上面圖中最右邊的就是竈神星的這個系裡第一高的山峰,它的左側是奧林匹斯山。問題是,火星直徑有6800公裡,但竈神星的直徑隻有525公裡。
目前主流理論認為形成山脈的方法大緻有三種:
- 構造隆起(如地球上珠穆朗瑪峰)
- 火山堆積(如地球上的毛納基亞和火星上的奧林匹斯山)
- 沖擊反彈(如竈神星上的雷亞西爾維亞)
珠峰高度不到地球直徑的0.3%,奧林匹斯山高度為火星直徑的的0.65%,但雷亞西爾維亞山卻達到了竈神星平均直徑的8.4%左右。由此看來,低重力還是王道。
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