“火上加火”？新的研究表明，火星上的火山或許仍然活躍著

2023.04.08 云南

研究古老的火星隕石提森特的科學(xué)家們說，他們發(fā)現(xiàn)了新的證據(jù)，證明幾億年前火星上的火山活動(dòng)很活躍……也許今天依然如此。

這是“火星快車號(hào)”拍攝到的奧林匹斯山，它是火星上最高的火山，在火星紅色的平原上綿延13.6英里（22千米，72000英尺）。奧林匹斯山的高度是珠穆朗瑪峰的2.5倍！圖源歐洲航天局/賈斯汀 ?科瓦特

火星上的火山活動(dòng)依然很活躍嗎？乍一看，似乎不是這樣的，因?yàn)榭v然其沙漠表層散布著無數(shù)巨大的火山，但是從未觀察到火山噴發(fā)的跡象。美國宇航局“洞察號(hào)”著陸器的最新發(fā)現(xiàn)表明，火星地下至少還有一些殘存的地質(zhì)活動(dòng)，但是是以火星震的形式存在。現(xiàn)在，一項(xiàng)最新公布的對(duì)火星隕石的研究首次提供了科學(xué)家們所稱的火星巖漿對(duì)流（即在火星地表下熔融物質(zhì)中的電流升降，于幾億年前在火星地幔中發(fā)生）的證據(jù)。也許在今天，火星地殼下的巖漿仍然在緩慢翻滾。

這項(xiàng)經(jīng)同行評(píng)議的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在了《隕石與行星科學(xué)》上。

這一有趣的結(jié)果來自于對(duì)Tissint火星隕石的一項(xiàng)新研究，該研究由米歇爾·斯塔爾于2020年5月11日在澳洲科學(xué)網(wǎng)上發(fā)表?；鹦请E石很可能是通過一次撞擊事件從火星上噴射出來的一種巖石'，它穿過太空，最終降落在地球上。Tissint隕石于2011年7月18日在摩洛哥被發(fā)現(xiàn)，起源于火星深處。Tissint隕石已經(jīng)成為許多研究的對(duì)象，但這次，研究人員發(fā)現(xiàn)了一些令人驚訝的東西。隕石中含有地殼中常見的巖石礦物——橄欖石晶體。

當(dāng)對(duì)這些晶體進(jìn)行更細(xì)致的研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們只能在巖漿流溫度變化時(shí)形成。

火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)：地核、地幔、地殼和大氣。圖片來自IPGP/David Ducros/SEIS。

古老火星上巖漿庫可能的樣貌的示意圖。提森特(Tissint)隕石可能誕生于火星地表以下這樣的地方。圖片來自Mari等人/隕星學(xué)和行星科學(xué)，2020/ ScienceAlert.

據(jù)估計(jì)，這些晶體的壽命大約在6.74到5.82億年，從地質(zhì)學(xué)上來說相當(dāng)年輕，因此其推論是火星在那時(shí)仍然具有活躍的火山活動(dòng)。格拉斯哥大學(xué)的行星地質(zhì)學(xué)家尼古拉·馬里(Nicola Mari)告訴天文在線：

以往沒有證據(jù)表明火星上存在對(duì)流，但“火星是否仍然是一顆有活躍火山活動(dòng)的行星？”的問題之前人們用不同的方法開展過研究。然而，這是第一個(gè)采用真正的火星樣本，從純粹化學(xué)的角度證明火星內(nèi)部存在火山活動(dòng)的研究。

橄欖石晶體會(huì)在地下深處的巖漿庫中形成。橄欖石在地球的地幔中很常見，甚至在隕石中也是。但是研究者注意到提森特隕石中的橄欖石晶體有些奇怪之處。它們有著間隔不規(guī)則的由磷構(gòu)成的帶狀區(qū)域。所謂溶質(zhì)截留是一種地球上已知的過程，它是在快速濃縮的過程中，溶質(zhì)（溶解在溶液中的物質(zhì)）可能以一種顯著區(qū)別于平衡熱力學(xué)所預(yù)測的濃度進(jìn)入到固態(tài)階段。

提森特隕石。圖片來自Alain Herzog/EPFL

馬里解釋道：

當(dāng)晶體生長的速度超過了磷可以通過熔解擴(kuò)散開來的速度時(shí)，這件事就發(fā)生了，這樣磷就必須進(jìn)入到晶體的結(jié)構(gòu)中，而不是在巖漿液體中“游蕩”。在生成我研究的熔巖的巖漿庫中，對(duì)流非常地活躍，因此橄欖石被從巖漿庫的底部（更熱）移動(dòng)到頂部（更涼）的速度非?？?，確切地說，這很可能對(duì)橄欖石造成了每小時(shí)15-30攝氏度[大約27-55華氏度]的冷卻速度。

來自論文：

提森特火星隕石是一塊不同尋常的貧化橄欖石斑狀火星隕石，據(jù)報(bào)告稱，它來自一個(gè)深地下巖漿庫內(nèi)部的幔源熔化物。在此，我們提供提森特隕石的橄欖石和輝石的主要元素及微量元素?cái)?shù)據(jù)報(bào)告，并且運(yùn)用這些數(shù)據(jù)提供關(guān)于提森特巖漿庫動(dòng)力學(xué)的新見解。橄欖石中存在的不規(guī)則間隔振蕩的富磷帶狀區(qū)域，以及表明存在一個(gè)閉合的巖漿系統(tǒng)的地球化學(xué)證據(jù)，意味著橄欖石顆粒曾經(jīng)歷過提森特巖漿庫內(nèi)部存在的活躍的晶體對(duì)流造成的溶質(zhì)截留。為最早結(jié)晶的橄欖石核計(jì)算出的平衡溫度暗示，提森特巖漿源的溫度達(dá)1680攝氏度（3056華氏度），而在晚亞馬遜紀(jì)局部的火星地幔溫度為1560攝氏度（2840華氏度），后者與地球太古宙的外圍地幔溫度相一致。

研究者是如何知道隕石來自火星地殼以下深處的呢？較大的橄欖石晶體包含微量的鎳和鈷。這和此前的證據(jù)一起表明了這顆隕石肯定曾經(jīng)是火星地表以下25到50英里（40到80公里）深處巖石的一部分。

Tissint隕石的2個(gè)薄片的假彩色X射線圖像。嵌入的橄欖石晶體標(biāo)記為OI。圖片來自Mari等人/Meteoritics & Planetary Science, 2020/Wiley在線圖書館。

有了這些數(shù)據(jù)，研究者就可以估計(jì)這些晶體初形成時(shí)火星地幔的溫度了。他們得到的是，在火星晚亞馬遜紀(jì)時(shí)期，地幔溫度為1560攝氏度（2840華氏度）。這比此前人們的想法要高得多了，幾乎和地球40到25億年前的太古宙時(shí)期的1650攝氏度（3002華氏度）一樣熱了。這從地質(zhì)學(xué)上已經(jīng)足夠接近現(xiàn)在，從而可以暗示火星可能至今仍然有活躍的巖漿對(duì)流。馬里說：

我確實(shí)認(rèn)為火星如今可能仍然是一顆有著活躍火山活動(dòng)的行星，這些新的結(jié)果指向了這一點(diǎn)。我們可能在接下來的500萬年里都不會(huì)看到一次火山爆發(fā)，但這并不意味著這顆行星就是不活躍的。它可能僅僅意味著火星和地球之間火山爆發(fā)的間隔不同，在火星上，我們可能沒法每天都看到一次或者多次火山爆發(fā)（就像地球一樣），但可能每幾百萬年能看到一次火星火山爆發(fā)。

因此火星可能如今——和最近的地質(zhì)時(shí)期一樣——仍然具有活躍的火山活動(dòng)，但是火山爆發(fā)被間隔到了很遠(yuǎn)的將來，據(jù)研究者稱，要等幾百萬年的時(shí)間。在火星上看到火山爆發(fā)將是非常驚人的事，因?yàn)檫@顆行星最大的火山比地球上的還要大。其中最大的一座，奧林匹斯山，比珠穆朗瑪峰還要高！

格拉斯哥大學(xué)的尼古拉·馬里，這一新研究的第一作者。圖片源自推特。

2014年，有報(bào)道稱，Tissint隕石可能含有古代微生物活動(dòng)的痕跡。瑞士洛桑理工學(xué)院地球與行星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任Philippe Gillet認(rèn)為：

堅(jiān)持確定性是不明智的，尤其是在這樣一個(gè)敏感的話題上。我完全接受其他研究可能與我們的結(jié)論相矛盾的可能性。然而，我們的結(jié)論是這樣的，它們將重新引發(fā)人們對(duì)火星上可能存在生物活動(dòng)的爭論--至少在過去是這樣。到目前為止，我們認(rèn)為沒有其他理論更有說服力。

雖然對(duì)可能的生命痕跡還有待商榷，但Tissint隕石至少表明，火星地質(zhì)曾經(jīng)比現(xiàn)在活躍得多。

總之：對(duì)一塊古老的火星隕石的新研究表明火星在幾億年前的火山活動(dòng)比以前認(rèn)為的要活躍得多，甚至可能至今仍在活躍。

作者：Paul Scott Anderson

FY：Astronomical volunteer team

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參考資料

1.WJ百科全書