研究火星的沉積層揭示了地球的過去

【博科園-科學科普】到2016年火星成為了不少於8個機器人任務的永久居住地，這是一個由軌道器、漫遊者和登陸者組成的組合。在對火星大氣和火星表面的廣泛研究中科學家們已經學到了很多關於火星歷史和演化的知識。特別是發現了大量的證據表明火星曾經有過流動的水。

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火星有水的概念圖。圖片：ESO/M. Kornmesser

德克薩斯大學奧斯汀分校(University of Texas at Austin)最近的一項研究結果顯示，研究人員在那裡發表了一項研究，詳細研究了火星上的水是如何沉積在火星的「Aeolis Dorsa」地區的。根據他們的研究這個區域包含了大量的沉積礦床，作為火星的歷史記錄，記錄了隨著時間的推移水基侵蝕所產生的影響。

這項名為「火星山谷的河流地層學」的研究，最近在科學雜誌《地球科學》上發表。由美國得克薩斯州奧斯汀分校的傑克遜地球科學學院的地質學家本傑明d卡德納斯(Benjamin d . Cardenas)領導的研究小組對Aeolis Dorsa地區的衛星數據進行了研究，以研究沉積層的結構。

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在火星上的Aeolis Quadrangle(mc - 23)的MOLA地形圖。圖片：USGS

多年來Aeolis Dorsa一直對科學家感興趣，因為它包含了火星上最密集的沉積層，這些沉積層是由流動的水(aka)沉積的沉積物。這些沉積物從軌道上可見，因為它們經歷了一種被稱為「地形倒置」的過程——它由填滿低河道的沉積物構成，然後被挖掘以創造出被切割的山谷。

根據定義被切割的山谷是由「河流」侵蝕產生的地形低點，即與河流或河堤有關。在地球上，這些山谷通常是由海平面上升引起的，然後由於海平面的下降而沉積下來。隨著海平面上升水向內陸移動，山谷被從景觀中切割出來;而隨著海平面的下降，它們體內的海水沉澱著沉澱物。

根據這項研究這一過程為地球物理學家和行星科學家創造了一個機會，來觀察火星的地質記錄在三維空間和遠距離的情況下。 沉積岩一般記錄下它們所沉積的環境的信息。河流沉積物特別記錄了河流橫向移動的信息，以及它們垂直排列的方式，以及隨著時間的推移這些東西是如何變化的。

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這條虛線的白色箭頭指向彎曲的地層，記錄點桿的生長和河流的遷移，而黑色的箭頭顯示的是地形倒置的河流沉積物。黑色箭頭)。圖片：hou.usra.edu

在地球上沉積岩的靜力學(即沉積岩層的順序和位置)已經被地質學家們利用了好幾代，以限制幾十億年前地球上的條件。在最近的歷史上關於沉積層的研究已經被用來限制其他行星體(如火星)在數十億年前的環境條件。

然而這些研究大多產生了無法在分表尺度上解決沉積包裝的數據。相反衛星圖像被用來定義大規模的地層關係，例如過去水道的沉積模式。換句話說這些研究的重點是對火星上過去的水的存在的分類，而不是從那以後發生的。

正如卡德納斯所指出他和他的團隊採取了一種不同的方法，認為火星在過去的35億年間經歷了變化。他對此的解釋是：有這樣一個假設，火星表面的很多地方與35億年前並沒有什麼不同。」努力證明在研究區域Aeolis Dorsa的現代表面是埋葬、挖掘和不相等侵蝕的結果，不能假定現代表面代表了古代的表面。試圖展示我們今天所看到的，今天所能測量的特徵，是河流的沉積沉積，而不是真正的河流。當開始對你的觀察做出解釋時，這是非常重要的，而且它經常是一個缺失的點。

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基於歐洲航天局的火星快車拍攝的圖像，透視的視角。勒爾·瓦勒斯(Reull Vallis)是一種類似河流的結構，據信是在遙遠的火星過去流動的時候形成的。圖片： ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)

為了他們的研究，Cardenas和他的團隊使用了由背景照相機(CTX)拍攝的高解析度圖像和地形數據，以及火星勘測軌道飛行器(MRO)上的高解析度成像科學實驗(HiRISE)。然後這些數據與成像儀和光譜儀(ISIS)的集成軟體結合在一起，這是美國地質調查局(USGS)和美國國家航空航天局(NASA)的艾姆斯(Ames)立體聲管道使用的數字圖像處理軟體包。

這些圖像被處理成高解析度的地形數據和數字高程模型(dem)與火星全球測量師(MSG)上的火星軌道激光高度計(MOLA)儀器的數據進行比較。最終的結果是一系列的民主黨，他們的決議比以前的任何決議都要高得多。

對於所有這些，卡德納斯和他的同事們能夠識別出河流沉積物中堆積的模式，記錄了沉積風格的變化，並提出了他們創造的機制。此外該團隊還引入了一種全新的方法來測量河流的流向，這些河流使得這些沉積物能夠在過去的幾十億年里看到景觀的變化。

研究表明火星上有一個巨大的水體，35億年前這一水體的體積增加，體積減小使得河流沉積有時間來調整樣式。這更符合氣候變化的減緩，更不符合災難性的水文事件。Aeolis Dorsa被定位在火星上一個古老的北方海洋的假設海岸線上。在Aeolis Dorsa找到海岸河流的沉積物很有趣，但它並沒有幫助我們限制水體(湖泊、海洋等)的大小。

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Nanedi Valles一個大約800公里的山谷，是由地下水外流引起的。圖片：ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)

從本質上講卡德納斯和他的同事得出的結論是與地球相似，在一個巨大的水體中，水位不斷下降和水位上升，迫使他們研究區域的古山谷形成。在某種程度上，這與今天地球上發生的情況相似，在沿海地區形成的河流受到了一個巨大的下游水體水位變化的強烈影響。

在一段時間裡火星表面已經死亡，它的特徵被時間凍結了，這已經成為了一種必然的結論。但是正如這項研究所表明的那樣，由於它失去了大氣層和地表水，所以景觀發生了巨大的變化。這些發現無疑將成為人們關注的主題，因為我們正接近於在火星表面建立一個載人飛行任務。

參考：GSA，GeoScienceWorld

作者：Matt Williams

來自：Universe Today

編譯：中子星

審校：博科園

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