火山有助于形成早期的火星海洋

【博科园-科学科普（关注“博科园”看更多）】多亏了近年来研究火星的众多任务，科学家们意识到大约40亿年前，火星是一个完全不同的地方。除了有密集的大气层外，火星也是一个温暖湿润的地方，液态水覆盖了地表的大部分。不幸的是随着火星在几亿年间失去了大气层，这些海洋逐渐消失了。这些海洋形成的时间和地点一直是许多科学研究和辩论的主题。根据加州大学伯克利分校研究小组的一项新研究，这些海洋的存在与火山系统的发展有关。

图注：由火星快车拍摄的火星上有几座著名的盾形火山图片，包括了巨大的奥林匹斯山(在左边)。图片版权：ESA

进一步推论这些海洋比预期早了数亿年，并没有以前认为的那么深。这项名为“从海岸线变形到火星的海洋时间”的研究最近发表在科学期刊《自然》上。这项研究是由Robert I. Citron, Michael Manga和Douglas J. Hemingway共同完成的，他是一名研究生，是地球和行星科学系的教授和博士后研究员，同时也是加州大学伯克利分校综合行星科学中心的研究员。

图注：早在40亿年前在火星上形成的早期被称为阿拉伯（左，蓝）的海洋看起来就像这样，而约36亿年前的Deuteronilus海洋（右）海岸线较小。图片信息版权：Robert Citron/UC Berkeley

正如Michael Manga在最近的伯克利新闻发布会上解释的那样：我们的假设是塔西斯很快就形成了，而不是逐渐形成，而海洋随后就出现了，海洋是在火山爆发之前，并伴随着熔岩喷出的。关于火星过去海洋的大小和程度的争论是由于一些不一致的现象被观察到的。从本质上讲当火星失去大气层时，它的地表水就会被冻结成地下永久冻土，或者逃逸到太空中。

那些不相信火星曾经有过海洋的科学家们指出，估计有多少水可以被隐藏或丢失，这与海洋大小的估计是不一致的。更重要的是，现在集中在极地冰盖中的冰还不足以形成海洋。这意味着火星上的水比先前估计的要少，或者是其他一些过程导致了水的流失。为了解决这个问题，Citron和他的同事们创造了一种新的火星模型，在这个模型中，海洋是在大约37亿年前的火星最大的火山——Tharsis Montes——之前或同时形成的。

图注：火星勘测轨道飞行器拍摄的火星表面彩色图像。三座火山的线是塔西斯蒙特斯，奥林匹斯山位于西北部。图片信息及版权：NASA/JPL-Caltech/ Arizona State University

由于当时的Tharsis规模较小，所以它没有导致后来的地壳形变水平。这对于覆盖大部分北半球的平原来说尤其如此，据信这是一个古老的海底。考虑到这一地区不受后来发生的相同地质变化的影响，它将会变得更浅，并占有大约一半的水。假设塔西斯很快就形成了，而不是逐渐形成，而海洋随后就出现了，海洋先于火山喷发，并伴随着火山喷发。此外该研究小组还推测，形成Tharsis的火山活动可能是导致火星早期海洋形成的原因。

基本上，火山喷发的气体和火山灰会进入大气，导致温室效应。这将使地表温度上升到液态水形成的程度，同时也创造了地下通道，使水能够到达北部平原。他们的模型还反驳了之前关于火星的其他假设，即它的海岸线是非常不规则的。从本质上说古代火星上的“水锋”属性在高度上变化了一公里，而在地球上，海岸线是平坦的。这也可以用大约37亿年前的塔西斯火山地区的增长来解释。

图注：今天的火星地图显示，科学家们在那里发现了可能是数十亿年前被间断性海洋侵蚀的古老海岸线。图片信息及版权：Robert Citron/UC Berkeley.

利用火星目前的地质数据，研究小组能够追踪到今天看到的异常情况是如何随着时间而形成的。这是在40亿年前火星第一次海洋(阿拉伯)开始形成的时候开始的，并见证了第一个20%的Tharsis Montes的增长。随着火山的发展，土地变得萧条，海岸线随着时间推移而改变。类似地，后续海洋的不规则海岸线(申命记)可以通过这个模型来解释，表明它是在大约36亿年前的Tharsis的最后17%的增长中形成的。这个岛屿的特征，似乎是一个古老的湖床，从乌托邦海岸线略去，也可以这样解释。随着地面的变形，Isidis不再是北部海洋的一部分，成为连接的湖床。

这些海岸线可能是由一大片液态水所形成的，液态水以前和之后都存在，而不是后来的。”这肯定与Tharsis Mons在火星的地形上的观察效果是一致的。它的体积不只是在地球的另一边(极乐火山复杂的地方)形成一个凸起，而是在中间的一个巨大的峡谷系统(Valles Marineris)。这一新理论不仅解释了为什么先前对北部平原水量的估计是不准确的，它还可以解释在同一时间出现的山谷网络(由流水冲刷)。在未来的几年里，这个理论可以通过NASA和其他太空机构发射到火星的机器人任务来测试。

图注：概念图从2015年8月开始，描述了美国国家航空航天局(NASA)的InSight火星着陆器，用于研究火星的深处。图片信息及版权：NASA/JPL-Caltech

考虑到NASA的内部探索，利用地震调查、大地测量和热传输(InSight)任务，计划于2018年5月发射。一旦它到达火星，这个着陆器将使用一套先进的仪器，包括地震计、温度探测仪和无线电科学仪器——来测量火星的内部，并了解更多它的地质活动和历史。除此之外，美国宇航局预计，InSight可能会探测到火星远古海洋的残骸，甚至可能是液态水。

与2020年火星探测器、2020年的ExoMars以及最终的载人任务一起，这些努力预计将提供更完整的火星过去的图片，这将包括重大地质事件发生的时间，以及这将如何影响地球的海洋和海岸线。对过去40亿年间火星上发生的事情了解得越多，就越了解形成太阳系的力量。这些研究也对帮助科学家决定生命的条件如何以及在何处形成有很大的帮助。这(我们希望)将帮助我们在某天找到它在另一个星系的生命!这个研究小组的发现也是本周在得克萨斯州伍德兰举行的第49届月球和行星科学会议上发表的一篇论文的主题。

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作者：Berkeley News, Nature

内容：经“博科园”判定符合今主流科学

来自：Universe Today

编译：中子星

审校：博科园

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