中科院地质地球所|一起爬山吗？来看看是什么决定了山脉的最终高度！山脉作为地球上主

山脉作为地球上主要的地貌之一，大约占据了地球陆地面积的25% 。按区域进一步划分，欧亚大陆被山地覆盖的比例最大，达到33% ，紧随其后的是北美（24%）、南美（19%）和非洲（14%）。

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世界地形图
如此众多的高大雄伟的山脉，构成了世界地形的“骨架” 。同时山脉作为这个星球最美丽的自然景观之一，以其雄浑多姿的身躯，向人们彰显着独有的魅力。

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连绵起伏的喜马拉雅山脉
山脉主要可以分为三种类型：火山、褶皱山和断块山。这三种类型都是由板块运动形成的，板块间的构造力或火山作用可以局部抬高地球表面。少数山脉是孤立的山峰，但大多数山脉都会形成大范围的山脉地形。

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逆冲断层是形成山脉的重要因素
火山一般出现于板块边界。由于板块间的相互运动，沉没的板块在俯冲过程中带入了大量的水并发生了熔融形成岩浆，这些岩浆沿着一定的通道向上喷发进而形成山脉。火山弧系统是在俯冲带附近形成的一系列火山，大多数火山都位于环绕太平洋的环带。

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位于堪察加半岛的火山
当板块碰撞或俯冲时，板块会弯曲并折叠进而形成山脉。大多数主要的大陆山脉都与冲断或褶皱运动有关。板块可以对称或不对称折叠。上折为背斜，下折为向斜，在非对称折叠中，也可能会出现斜折和翻转。巴尔干山脉和扎格罗斯山脉是褶皱山的典型例子。

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在被折弯的褶皱上形成山脉的过程

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扎格罗斯中部的褶皱山
断块山是由地壳的断层引起的，当断层一侧的岩石相对于另一侧上升时，就会形成山峰。它可以很小，也可以形成广泛的裂谷系统。这些山峰通常出现在区域应力为拉张且地壳变薄的地方。

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断块山（fault-blockmountain）示意图
内华达山脉（SierraNevadaRange）就是一个例子，该地区的分层形成了一个650公里长、80公里宽的山脉，其中包括许多向西倾斜的单个部分，向东的山坡突然上升，形成了美国大陆上最高的山峰。

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内华达山脉
通过以上介绍，我们可以知道一般山脉的形成都是由于板块边界的构造力造成的。但这些山脉形成后并非是保持在一定的高度一成不变的，控制这些山脉高度的因素也并非只有构造力一个因素。
维持一座山高度的自然过程可以简化为三种类型：首先是构造力对山脉的侧向支撑，这种力量要么防止山脉在自身重量的作用下分崩离析，要么抵抗重力的作用将它们推得更高；第二种就是气候控制的侵蚀作用，主要通过移除高海拔地区的物质来限制山脉的高度；第三个过程被称为“地壳均衡说”（isostasy），它使山脉漂浮在又热又软的地幔物质之上，就像冰山漂浮在水中一样。

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控制板块汇聚边界附近山峰高度的过程
（图片来源：Nature自然科研）
科学家们一致认为是这三个主要过程共同作用，以动态的方式保持了山脉的高度。但由于不同的过程可能会不同步，所以会产生复杂的情况。地壳均衡过程对另外两个过程的响应被认为是足够迅速地与之同步，因此通常不会受到质疑。而到底是侵蚀力还是构造力起到了一级控制作用则一直是个极具争议的问题。针对这一问题，地质学家们对喜马拉雅山脉、安第斯山脉等典型的汇聚板块边界上的山脉进行了大量的研究。
早在1997年， Science就有文章指出，在喜马拉雅山脉西北部，地貌的形成很大程度上取决于构造力，但是在与雪线相交的地带中，冰川作用对海拔、起伏和地形的发展设置了上限，而与构造作用的速率无关。

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平衡线海拔（ELA）变化对雪线以上地形范围的影响
（Brozovicetal.,1997）
衡量冰川作用程度的一个常用指标是平衡线海拔（ELA），在这个海拔上，冰川的年累积与年消融正好匹配，因此冰川的净质量平衡为零。而上图反映了平衡线海拔对雪线以上地形范围的影响。举个例子，对于RH地区来说， ELA降低600米将使雪线以上的面积增加一倍，也就是冰川面积变大。而冰川堆积区增加会增加冰通量，进而增加侵蚀率，从而使山脉高度恢复到以前的水平。

中科院地质地球所|一起爬山吗？来看看是什么决定了山脉的最终高度！

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