一起爬山嗎？你知道山的高度是由什麼決定的嗎？

一個廣為流傳的觀點是氣候控制的侵蝕會限制其高度。在《自然》期刊的一篇論文中，德國亥姆霍茲地理研究中心的Dielforder等人提出了不同的觀點。他們發現，至少對位於構造板塊交匯處附近的山脈而言，在控制高度方面起主要作用的因素是構造力。作者應用一個實際山地地形經過平滑、忽略了高峰和深谷後的模型來討論山峰高度。使得這樣的山峰高度得以保持的自然過程可以簡化為三種型別（圖1）。首先是對山脈構成側向支撐的構造力。這種力既可以防止山脈在自身重量的作用下塌落，又可以抵抗重力的作用，將它們推得更高。第二是氣候控制的侵蝕，它通過侵蝕高處的山體來限制山峰高度。第三是地殼均衡（isostasy），它使山脈像漂浮在水中的冰山那樣漂浮在熱而軟的地幔物質之上。在這裡的討論中，我們可以忽略諸如因岩漿活動而引起的火山生長這樣在局地尺度上發生的過程。

圖1|控制板塊交匯邊界附近山峰高度的過程。三個主要過程控制著山峰的高度：對山脈形成側向支撐的構造力——阻止山脈在自重作用下塌陷或構成與重力相反的推力；氣候控制下的侵蝕；使山脈在熱而軟的地幔物質上漂浮的地殼均衡過程。對於俯衝帶（一個構造板塊俯衝到另一塊之下形成斷層的區域）附近的山脈，主要的構造力來自斷層。通過假定在這樣的山脈之下的水平應力和垂直應力相等，Dielforder等人估計了在幾個位置可以被構造力支撐的山脈高度。估計的高度與觀測到的高度十分相似，從而表明這些高度是受制於構造力而非侵蝕。在距離俯衝帶較遠的許多山脈是否同樣如此，還有待觀察。

這三個主要過程在動態中共同作用，維持山峰的高度，科學家們對此並無爭議。然而複雜之處在於，不同過程的步調可能有所不一。學界爭論聚焦於侵蝕與構造力是否有一方會勝過另一方。地殼均衡作用對其他兩個過程的響應通常被認為是足夠及時達成步調一致的，因而一般在爭論中並未被質疑。

在侵蝕控制山脈高度的模型中，最具代表性的就是冰川鋸（glacial buzz saw）。根據地形和冰川分佈的觀測結果，該模型假定：不論構造力如何，冰川侵蝕與均衡隆升共同作用，使山峰保持在約為氣候控制下雪線的高度。

Dielforder和同事提出了一個不同的、將構造力作為主要驅動因素的模型。板塊交匯邊界附近的主要構造力是由邊界處的主要地質斷層提供的（圖1）。作者使用相關斷層的強度以及適用於研究涉及的各區域的熱力和機械引數的估算值，估算了各種板塊邊界的構造力。所有這些引數的量化都需要進行幾個假設，因而在估算中引入了一些不確定性。

不過，Dielforder和同事們最重要的假設被用於建立構造力和山峰高度之間的聯絡。他們假設山脈正下方的地殼應力處於中性狀態，即由於構造力引起的水平壓縮與巖柱重量引起的垂直壓縮相同。由於巖柱的重量與其高度成正比，可以用針對每個板塊邊界估算的構造力來預測其可以支撐的山峰高度。作者發現，他們的模型預測的高度與觀測到的高度十分吻合。因此，他們得出結論，無論氣候條件和侵蝕速率如何，構造力都可以維持當前的山峰高度。

如果構造力是主要的控制因素，那麼我們如何解釋之前研究中提出的山峰高度與氣候條件之間的相關性？答案可能在於Dielforder及其同事所考察的區域：大多數位於俯衝帶（圖1），除了安第斯山脈以外，這些俯衝帶內沒有很高的山峰。如果研究範圍涉及更為廣泛的構造環境，那麼之前的結果與本研究或許並不衝突。

另一種可能是，如果侵蝕是主要控制因素，仍需要構造力來平衡巖柱的重量。地形起伏較大的區域，例如從海底溝槽到山頂（圖1），通常都需要等靜壓和構造力來平衡重量。如果氣候控制的侵蝕將山脈高度保持在較低水平，這是否暗示著構造力較小？一個相關的問題是給定的山峰高度是否只能與一個構造力的可能值相關聯。回答這些問題需要對作用力和岩石的強度進行深入瞭解。

Dielforder等人在關於山峰高度的爭論中提供了至關重要的論據，但他們的觀點也有其侷限性。構造力通過壓碎並堆積地殼岩石來抬高山脈。為了跟上侵蝕的速度，必須將地殼保持在壓縮失效的邊緣。根據關於脆性上地殼強度的公認觀點，壓縮失效要求水平應力遠高於比垂直應力，而Dielforder及其同事則假設山峰下水平應力和垂直應力的大小相同（中性狀態）。

為了解決這個難題，作者推測山區的地殼幾乎沒有強度，因為它含有非常弱的斷層，從而中性應力離失效不遠。但是，如果地殼如此薄弱，為什麼山脈不塌陷，並且為什麼這些區域不成為板塊邊界呢？有證據表明，在某些俯衝帶附近，地殼應力確實幾乎是中性的，但尚不清楚在較高的山峰之下它是否通常是中性的。因此，關於山峰高度的爭論引申出了一個關於地殼強度難題。Dielforder及其同事的工作表明，如果我們希望解決山峰高度問題，還需要進行大量的觀察和理論研究以瞭解地殼應力和強度。