古代火星比爱达荷更像冰岛

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  • 一项新研究表明,火星盖尔陨石坑的季节可能与冰岛的季节相似。

  • 该陨石坑是一项研究的焦点,该研究将好奇号火星车的数据与地球上类似地质构造在不同气候条件下经历风化的地点进行了比较。

  • 地球上丰富的气候类型使科学家能够“校准温度计”,用于测量古代火星的温度。

新研究表明,在三十多亿年前,火星盖尔陨石坑的季节很可能与冰岛的季节大致相似。

这座古老的火星陨石坑是一项研究的焦点,该研究将来自好奇号火星车的数据与地球上类似地质构造在不同气候条件下经历风化的地点进行了比较。

冰岛的玄武岩地形和凉爽的天气(气温通常低于华氏38度)被证明是与古代火星最接近的类比对象。该研究认定,气温对古代火星河流沉积物形成岩石并受气候风化的过程影响最大。

该研究旨在回答有关影响古代湖床中沙土和淤泥的作用力的问题。

好奇号自2012年登陆火星以来,在其行进过程中收集的数据提供了有关古代湖泊中形成的泥岩化学和物理状态的详细信息,但化学成分并不能直接揭示沉积物上游侵蚀时的气候条件。为此,研究人员不得不在地球上寻找相似的岩石和土壤,以找出两颗星球之间的相关性。

冰岛还是爱达荷?

这项发表于《JGR Planets》的研究,采用了冰岛、爱达荷以及全球各地已知且条件各异的数据,以确定哪一地点与火星车在夏普山所在陨石坑中所见和感知的情况最为吻合。

该陨石坑曾经存在一座湖泊,但使水得以注满湖泊的气候条件一直是长期争论的话题。一些人认为早期火星温暖湿润,河流和湖泊普遍存在。另一些人则认为它寒冷干燥,冰川和积雪更为常见。

冰岛一处由河流供给的沉积平原,与可能曾为火星盖尔陨石坑供水的地貌相似。Image: Michael Thorpe,经莱斯大学提供

“盖尔陨石坑的沉积岩反而表明,当时的气候很可能介于这两种情景之间,”莱斯大学博士后研究员、现任美国国家航空航天局约翰逊航天中心承包商 Jacobs Space Exploration Group 火星样本返回科学家的 Michael Thorpe 表示,“古代气候很可能十分寒冷,但似乎也在较长时间内支持湖泊中存在液态水。”

研究人员惊讶地发现,经过三十多亿年,火星岩石的风化程度竟如此之低,以至于古代火星岩石与今天冰岛河流和湖泊中的沉积物相当。

“在地球上,沉积岩记录借助化学风化作用,能够随时间出色地发育成熟,”Thorpe 指出,“然而,在火星上,我们在泥岩中发现了非常年轻的矿物,其年代比地球上任何沉积岩都要古老,这表明风化作用十分有限。”

以地球作为火星实验室

研究人员直接研究了爱达荷和冰岛的沉积物,并汇编了全球各地(从南极洲到夏威夷)不同气候条件下类似玄武岩沉积物的研究成果,以界定当水流入盖尔陨石坑时,他们认为火星上可能存在的气候条件范围。

“在这项研究中,地球为我们提供了一个极佳的实验室,我们可以利用一系列地点来观察不同气候变量对风化作用的影响,而年平均气温对盖尔陨石坑岩石类型的影响最为显著,”火星地质学家、莱斯大学的 Kirsten Siebach 表示。她也是好奇号团队成员,并将在这个新的着陆器于2月着陆后成为毅力号的操作人员。“地球上丰富的气候类型使我们能够校准用于测量古代火星温度的温度计。”

根据标准化学蚀变指数(CIA)分析,冰岛的沙土和淤泥成分与火星最为接近。化学蚀变指数是一种基础地质工具,用于根据样本的化学和物理风化情况推断过去的气候。

“当水流经岩石并侵蚀和风化它们时,会溶解构成岩石的矿物中最易溶解的化学成分,”Siebach 表示,“在火星上,我们发现,与火山岩相比,尽管淤泥的颗粒最小且通常风化程度最高,但溶解最快的元素中,只有极少部分从淤泥中流失。

“这确实限制了湖泊存在时火星的年平均气温,因为如果当时更温暖,那么更多的这些元素就会被冲走,”她说。

研究结果还表明,在河流过程持续向陨石坑沉积物的同时,气候随时间发生了转变,从类似南极的条件逐渐变得更接近冰岛。这一转变表明,该技术可用于帮助追踪古代火星的气候变化。

虽然该研究聚焦于好奇号所探测到的湖泊沉积物中最低层、最古老的部分,但其他研究也表明,火星气候可能曾经波动,并随时间推移变得更加干燥。“这项研究提供了一种更具定量性的方式来解读这一趋势,即通过与我们今天在地球上所熟知的气候和环境进行比较,”Siebach 表示,她是地球、环境与行星科学助理教授。

“类似的技术可用于毅力号了解其在耶泽罗陨石坑着陆点周围的古代气候。”

与此同时,她表示,气候变化(尤其是在冰岛)可能会改变地球上最适合了解两颗星球过去的地点。

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