火山有助於形成早期的火星海洋

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】多虧了近年來研究火星的眾多任務，科學家們意識到大約40億年前，火星是一個完全不同的地方。除了有密集的大氣層外，火星也是一個溫暖濕潤的地方，液態水覆蓋了地表的大部分。不幸的是隨著火星在幾億年間失去了大氣層，這些海洋逐漸消失了。這些海洋形成的時間和地點一直是許多科學研究和辯論的主題。根據加州大學伯克利分校研究小組的一項新研究，這些海洋的存在與火山系統的發展有關。

圖註：由火星快車拍攝的火星上有幾座著名的盾形火山圖片，包括了巨大的奧林匹斯山(在左邊)。圖片版權：ESA

進一步推論這些海洋比預期早了數億年，並沒有以前認為的那麼深。這項名為「從海岸線變形到火星的海洋時間」的研究最近發表在科學期刊《自然》上。這項研究是由Robert I. Citron, Michael Manga和Douglas J. Hemingway共同完成的，他是一名研究生，是地球和行星科學系的教授和博士後研究員，同時也是加州大學伯克利分校綜合行星科學中心的研究員。

圖註：早在40億年前在火星上形成的早期被稱為阿拉伯（左，藍）的海洋看起來就像這樣，而約36億年前的Deuteronilus海洋（右）海岸線較小。圖片信息版權：Robert Citron/UC Berkeley

正如Michael Manga在最近的伯克利新聞發布會上解釋的那樣：我們的假設是塔西斯很快就形成了，而不是逐漸形成，而海洋隨後就出現了，海洋是在火山爆發之前，並伴隨著熔岩噴出的。關於火星過去海洋的大小和程度的爭論是由於一些不一致的現象被觀察到的。從本質上講當火星失去大氣層時，它的地表水就會被凍結成地下永久凍土，或者逃逸到太空中。

那些不相信火星曾經有過海洋的科學家們指出，估計有多少水可以被隱藏或丟失，這與海洋大小的估計是不一致的。更重要的是，現在集中在極地冰蓋中的冰還不足以形成海洋。這意味著火星上的水比先前估計的要少，或者是其他一些過程導致了水的流失。為了解決這個問題，Citron和他的同事們創造了一種新的火星模型，在這個模型中，海洋是在大約37億年前的火星最大的火山——Tharsis Montes——之前或同時形成的。

圖註：火星勘測軌道飛行器拍攝的火星表面彩色圖像。三座火山的線是塔西斯蒙特斯，奧林匹斯山位於西北部。圖片信息及版權：NASA/JPL-Caltech/ Arizona State University

由於當時的Tharsis規模較小，所以它沒有導致後來的地殼形變水平。這對於覆蓋大部分北半球的平原來說尤其如此，據信這是一個古老的海底。考慮到這一地區不受後來發生的相同地質變化的影響，它將會變得更淺，並佔有大約一半的水。假設塔西斯很快就形成了，而不是逐漸形成，而海洋隨後就出現了，海洋先於火山噴發，並伴隨著火山噴發。此外該研究小組還推測，形成Tharsis的火山活動可能是導致火星早期海洋形成的原因。

基本上，火山噴發的氣體和火山灰會進入大氣，導致溫室效應。這將使地表溫度上升到液態水形成的程度，同時也創造了地下通道，使水能夠到達北部平原。他們的模型還反駁了之前關於火星的其他假設，即它的海岸線是非常不規則的。從本質上說古代火星上的「水鋒」屬性在高度上變化了一公里，而在地球上，海岸線是平坦的。這也可以用大約37億年前的塔西斯火山地區的增長來解釋。

圖註：今天的火星地圖顯示，科學家們在那裡發現了可能是數十億年前被間斷性海洋侵蝕的古老海岸線。圖片信息及版權：Robert Citron/UC Berkeley.

利用火星目前的地質數據，研究小組能夠追蹤到今天看到的異常情況是如何隨著時間而形成的。這是在40億年前火星第一次海洋(阿拉伯)開始形成的時候開始的，並見證了第一個20%的Tharsis Montes的增長。隨著火山的發展，土地變得蕭條，海岸線隨著時間推移而改變。類似地，後續海洋的不規則海岸線(申命記)可以通過這個模型來解釋，表明它是在大約36億年前的Tharsis的最後17%的增長中形成的。這個島嶼的特徵，似乎是一個古老的湖床，從烏托邦海岸線略去，也可以這樣解釋。隨著地面的變形，Isidis不再是北部海洋的一部分，成為連接的湖床。

這些海岸線可能是由一大片液態水所形成的，液態水以前和之後都存在，而不是後來的。」這肯定與Tharsis Mons在火星的地形上的觀察效果是一致的。它的體積不只是在地球的另一邊(極樂火山複雜的地方)形成一個凸起，而是在中間的一個巨大的峽谷系統(Valles Marineris)。這一新理論不僅解釋了為什麼先前對北部平原水量的估計是不準確的，它還可以解釋在同一時間出現的山谷網路(由流水沖刷)。在未來的幾年裡，這個理論可以通過NASA和其他太空機構發射到火星的機器人任務來測試。

圖註：概念圖從2015年8月開始，描述了美國國家航空航天局(NASA)的InSight火星著陸器，用於研究火星的深處。圖片信息及版權：NASA/JPL-Caltech

考慮到NASA的內部探索，利用地震調查、大地測量和熱傳輸(InSight)任務，計劃於2018年5月發射。一旦它到達火星，這個著陸器將使用一套先進的儀器，包括地震計、溫度探測儀和無線電科學儀器——來測量火星的內部，並了解更多它的地質活動和歷史。除此之外，美國宇航局預計，InSight可能會探測到火星遠古海洋的殘骸，甚至可能是液態水。

與2020年火星探測器、2020年的ExoMars以及最終的載人任務一起，這些努力預計將提供更完整的火星過去的圖片，這將包括重大地質事件發生的時間，以及這將如何影響地球的海洋和海岸線。對過去40億年間火星上發生的事情了解得越多，就越了解形成太陽系的力量。這些研究也對幫助科學家決定生命的條件如何以及在何處形成有很大的幫助。這(我們希望)將幫助我們在某天找到它在另一個星系的生命!這個研究小組的發現也是本周在得克薩斯州伍德蘭舉行的第49屆月球和行星科學會議上發表的一篇論文的主題。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

作者：Berkeley News, Nature

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：Universe Today

編譯：中子星

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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