组成山体的岩石存在强度极限,当山峰超过一定高度之后,最底层岩石将承受不了高压而坍塌,所以山峰高度是有极限的,在地球上,山峰的极限高度大约是2万米。
越高的楼层,对建筑承重材料的要求越高,因为楼层底部承受的是整栋楼的重量,山峰也是一样的,山峰底部承受了整座山的重量,当岩石不足以承受整座山峰重量时,底部岩石会被压垮,从而导致整座山峰的垮塌。
由于不同行星上的重力加速度不一样,所以同样材质和高度的山峰,在不同行星上的极限高度也不一样,在地球上,山峰的极限高度,可以根据岩石的熔化热进行粗略估计。
原理:假设地球上有一座超过极限高度的山峰,山峰最顶层的岩石滑落到底部释放重力势能,于是山体的整体势能降低;换个角度我们可以看成山体底部的物质熔化,导致了山体高度的降低;于是相当于山顶物体滑落释放的势能,转化为了山底物质的熔化热。
地球岩石的平均熔化热为2~3*10^5J/kg,于是就有:
mgH=mc;
以此可以进行估算,地球上山峰的极限高度为2~3万米,这只是理想情况,实际值肯定要比理论值低,英国地质学家韦斯利夫在考虑各方面因素后,计算出地球上山峰的极限高度为21700米,目前地球上最高峰为珠穆朗玛峰,高度大约为8800米,这是相对于海平面的高度。
地球大气随着海拔的增加密度逐渐降低,大气层厚度没有确切数值,一般认为地球大气层厚度为2000~3000公里,这远远超过了地球上山峰的极限高度,实际上,在这样的高度下,大气密度已经变得相当稀薄了,即便是地球大气层和太空的分界——卡门线,高度也有100公里,所以地球山峰是不可能超出大气层的。
如果一颗岩石行星的质量更小,表面重力加速度也会相应降低,相同高度下山体产生的压力也会变小,于是山峰的极限高度会增加。
比如火星平均直径3397公里(地球直径6371公里),表面重力加速度只有地球的1/3,火星上最高的山峰奥林匹斯山,达到了惊人的21171米,高度是珠穆朗玛峰的2.4倍,奥林匹斯山也是太阳系内已知最大的火山,底部宽度高达600公里,在太空中观测尤其壮观。
而直径525公里的灶神星,拥有更小的表面重力加速度,由于撞击形成的环形山——瑞亚西尔维娅山,落差达到了22.5公里,是太阳系内已知最高的山峰,灶神星没有大气层,所以整个灶神星表面都暴露于太空之中。
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