火星曾经有水这个已经是一个被证实的事实,然而随之而来的问题就是,火星曾经的水都去了哪里?发生了什么让它们消失不见了?
目前一种主流观点认为,由于缺少全球性偶极磁场的保护,强烈的太阳风和辐射逐渐剥夺了火星原本浓厚的大气,水经过蒸发和电离变成带电粒子,沿着火星磁力线逃逸出火星大气。
近日科学家在《科学》杂志上发表文章称,可能有大量的古代火星水被埋在其表面之下,而不是逃逸到太空中。星期二发表的这项发现可能有助于理清旨在解释火星水消失的一些理论冲突,火星水曾是数十亿年前这颗星球表面上最丰富的资源。
火星古海洋想象图
加州理工学院的研究人员通过火星探测器,和陨石坑的建模和数据,发现这颗红色星球最早的水范围广泛(介于30%到99%之间)是一颗曾经的“水球”。但后来可能通过地质过程从地表消失了,这种作用被称为地壳水化,其中水被锁在火星的岩石中。
火星上过去积水的证据遍布其岩石表面,至今人类成功到达火星的50多个探测器已经为我们展示了太多的火星古代湖床和水作用岩层,勾勒的是一个由30亿多年前的液体形成的世界。多年以来,科学家一直认为这种水大部分已经外逸进入太空,使这颗行星处于目前的状态(非常干燥)。但是逃逸假说一个最大的问题是,这需要时间!太阳风吹干一颗星球的水是一个漫长的过程,而地球比火星距离太阳更近,如果这种假说成立,那么被掏空的应该是地球才对,从年龄上讲地球比火星年纪更大。同样的两个水球怎么火星先干了?如果这些水消失了,一定有其他的去处。
火星的一个三角洲附近
这项由加州理工学院地质学研究生研究行星表面过程的伊娃·谢勒(EvaScheller)领导的研究可能会提供答案。研究发现,大部分失水发生在火星的古代时期(介于37亿至41亿年前)。除了由于火星大气变薄而逃离的一部分水之外,火星上的水可能与岩石相互作用和融合而被困在了地壳中。
岩石矿物“纸尿裤”
某些矿物质是有非常强的锁水性能,最常见的就是各种钙盐,比如氯化钙、硫酸钙。氯化钙能吸收自身重量3倍的水分。在地球上常常被用作化学干燥剂。
石膏矿物
“我们的团队在研究初期就意识到,其中一件事情是,我们需要注意火星探索过程中最近10到15年的证据,尤其是关于我们发现的火星地壳的情况,加州理工学院的地质与行星科学教授贝瑟尼·埃尔曼(BethanyEhlmann)说,这是火星地壳中水的性质。水可以通过称为化学风化的过程分解岩石,有时会导致矿物质水合。水合的矿物质吸收并储存水,将其锁定。例如,石膏(一种在火星上自然发现的水溶性矿物)可以保持其水分被捕获,除非在高于摄氏度的温度下加热。多年来,由于NASA的“火星侦察轨道”等太空飞船自年以来一直在绘制行星的地质和气候图,科学家一直观察到火星表面含水矿物的分布。但是,仅这些观点有时是有限的。
火车漫游车探查火星岩石情况
只有通过用火星车等着陆器在地面上的特定位置进行测量,或者查看一个年轻的火山口,您才能了解火星上特定位置的水合矿物质有多厚。”他说。“目前,答案已经很明显,火星岩石及矿物锁住了大量的古代火星水分,就像幼儿火星的纸尿裤一样,所以答案就在那颗星球上,随着您获得更多数据,它们的总量会随着时间的流逝而逐渐清晰起来。”这就是导致该研究发现的结果,即火星古代海洋中的水量大部分可能向内而不是向外逸出。“我们想从不同的角度来理解这一点,”谢勒说。
本月,由美国国家航空航天局(NASA)好奇号漫游车上的一个导航摄像头拍摄的蒙特默库悬崖的图像。好奇心的数据和图像为Scheller团队的发现提供了依据。
年,美国的“火星勘察轨道器”(marsreconnaissanceorbiter,MRO)搭载的“高分辨率成像仪”(HiRISE)拍摄到火星表面或亚表层存在季节性斜坡纹线,经光谱分析,季节性斜坡纹区域的矿物是溶于水后再沉淀富集而成,这个结果提供了现今火星上存在液态水的有力证据。
火星的一个古代河口地区及冲积扇
年,科学杂志发表Dundas等人的研究成果,他们在对火星中纬度地区的八处断崖地貌进行分析研究之后,发现火星中纬区域的地下1~2米至多米存在大量的纯净水冰。
而导致火星水进入星球内部的原因可能是一个漫长的综合过程,其中有火星重力偏小(逃逸速度只有约5.1公里/秒是地球的一半)火星磁场减弱,太阳风的影响,火星本身的地壳运动,甚至是小行星撞击作用共同导致的结果。
另一方面,火星在地质上不如地球活跃,这可以解释为什么它的表面只有有限的水。火星上水的最明显证据是行星两极的冰和大气中的水汽。科学家们研究了月球,火星和其他行星体上的水合岩石,这些水合岩石可作为未来饮用水的潜在来源,用于未来的宇航员任务或可为栖息地和火箭提供动力的燃料。
地球也在发生类似情况
而类似的情况在地球上也存在,目前地质学家已经知道地球的板块在俯冲带会把水困住,这是地球表面的水进入地球内部的唯一机制。不过,不同研究对于这些水量的估计存在很大的分歧。在年,《自然》(Nature)杂志刊载的一项研究表明,俯冲带每年会把30亿吨的水拉入地壳中,这是此前估计的3倍。
由于地壳运动,地球各大板块之间会不断发生碰撞。大洋板块撞击大陆板块就会形成俯冲带,同时会把海水带入地壳中,这些水会被岩石吸收,形成特殊的水合矿物。通过研究这些水合矿物,可以估算有多少海水进入地球深处。
科学家在马里亚纳海沟周围布置了地震传感器网络,它们可以测量地震波穿过地壳产生的回声。由于海洋地壳中存在充满水的岩石,所以地震波经过这些区域时,传播速度就会出现下降,由此可以估算出地壳中的含水量。
分析表明,海底地壳深达30公里的地方存在水合矿物。根据速度、温度和压力等一系列数据,科学家估算出每年有30亿吨的水会随着板块俯冲进入地壳中。另据估计,地球上海洋水的总质量约为亿亿吨。那么,这是否意味着地球上海水在5亿年之后就会被地球内部吞噬殆尽呢?
事实并非如此。被地壳吞掉的水又会以某些方式重新回到地表,其中最主要的方式为各种火山喷发、海底热泉、地震活动等,海洋中的水并没有少掉,最后回到地表的水与原先少掉的水相当。
梵观点:随着中国火星探测器的到达,这颗红色星球的变迁历史将加入新的东方智慧的观点。
火星古海洋范围猜想