数十亿年前曾有一场火星火山爆发 早期火星火山活动十分强烈

Connor Feng

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明年,美国宇航局将发射一艘新的火星探测车,这艘探测车的目的是为了确定火星上是否曾经有生命存在,以及火星的火山在其地质鼎盛时期的爆发剧烈程度。

火星上有火山爆发并不稀奇,它最大的山峰奥林匹斯山(Olympus Mons)早就已经证明了这一点,但是科学家们还不知道这颗行星在过去是否也发生过强烈的爆炸性喷发(强烈的程度参考圣海伦斯火山)。现在,一组科学家认为,一个火星2020探测车将能够研究的特定矿藏表明这种爆炸性火山喷发确实在火星上发生过。

研究报告的主要撰写人、布朗大学行星科学专业研究生克里斯托弗•克莱默(Christopher Kremer)在一份声明中说:“这是迄今为止最确凿的证据之一,它可以证明火山爆发在火星早期比我们想象的要更为常见。了解火星早期爆发的火山活动对于了解火星岩浆中的含水量、地下水的丰富程度和大气厚度非常重要。”

这篇新论文的研究团队研究了美国宇航局火星勘测轨道飞行器(Mars Reconnaissance Orbiter,该航天器从2006年就开始绕火星运行)拍摄的照片。科学家们把注意力集中在了一个叫尼利槽沟(Nili Fossae)的破裂区域。火星2020探测车的着陆点Jezero陨石坑就位于该地区的东南边缘,靠近其边界处的一个巨大陨石坑,科学家认为正是这个陨石坑导致了尼利槽沟出现现在的断裂感。

尼利槽沟地区还有一些令人难以置信的岩石,该地区特别富含一种叫做橄榄石的矿物质,这种岩石通常只会在行星的核心出现,而不是行星表面。作者写道,该地区还有许多岩石类型,包括蛇纹石和碳酸盐,这表明了该地区周围曾经有水存在。

不过引起科学家们注意的是那些橄榄石。这种矿物通常位于行星内部深处,但火星上的这些橄榄石都非常自然地分布在行星表面,这表明,在36亿至40亿年前,这里发生了一件轰动的大事。

也许这种现象是一块巨大岩石与火星相撞的结果,这次撞击把橄榄石从火星内部“挖”了出来。然而,科学家们知道,橄榄石不可能来自于形成该地区最大陨石坑的撞击,因为这些矿物位于陨石坑上方,这就使得火山更有可能成为这一现象的解释。

但是火山可以以两种不同的方式喷发:一种是所谓的溢流喷发,即恒星熔岩喷发,另一种是爆发性喷发,由火山内部的气体积聚驱动。溢流喷发会产生更多的熔岩;爆发性爆发则会产生更多的火山灰。

因此,研究人员利用了火星勘测轨道飞行器(Mars Reconnaissance Orbiter)上的几个不同仪器收集的数据,测量了该地区富含橄榄石的岩层的厚度。科学家们在下层地形和陡峭的陨石坑壁上都发现了明显的层状斑块分布,而且即使是经历过陡峭的海拔变化之后,这些岩层也保持了相当一致的厚度。

这与科学家们对富含熔岩的火山喷发预期并不相符,因为当重力作用于岩浆时,熔岩会沉降到更平坦的表面。所以这些发现表明该次火山喷发是爆炸性的,并产生了火山灰。

克雷默说:“这项研究从方法上与其他研究人员的工作有所不同,它研究的是由这种基岩构成的地形的物理形状,它的几何形状、厚度和方向。我们发现,爆发性火山活动和火山灰降落这种解释符合所有现象,而关于这个沉积区域的所有其他观点虽然与我们从轨道上观察到现象有部分符合,但在几个重要方面都不一致。”

当然,从轨道上进行的观察精度有限,这就是为什么克雷默和他的同事们非常期待火星2020探测车在富含橄榄石的地层附近着陆。他们希望探测车能够直接研究这种岩石,这样科学家们就能更好地了解这种物质的形成过程。

克莱默说:“令人兴奋的是,我们很快就会知道我的判断是对还是错的了,所以这有点让人抓狂,不过如果不是火山灰坠落的话,那起因可能会是一些更奇怪的事情,这也很有趣。”

这项研究发表在5月22日出版的《地质学》杂志上。

可行性研究报告

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