火山噴發導致神秘的火星岩石形成

一項新的研究發現，爆炸的火山爆發向天空噴射出熾熱的火山灰、岩石和氣體，可能是神秘的火星岩石形成的來源。這項研究的作者說，新的發現可能會增加科學家對火星內部及其過去可能存在的可居住性的理解。Medusae Fossae組是火星赤道附近一塊巨大而不尋常的軟岩礦床，有起伏的山丘和陡峭的台地。科學家們在上世紀60年代首次觀測到美國宇航局的「水手號」(Mariner)飛船上的水母(Medusae Fossae)，但對它是如何形成的感到困惑。現在新的研究表明，這個紅色星球的形成是30多億年前火山爆發時沉積下來的。

一個直徑為13公里(8英里)的火山口，由美杜莎·福薩(Medusae Fossae)形成。圖片：High Resolution Stereo Camera/European Space Agency.

該研究報告的作者稱，該岩層的體積約為美國大陸的五分之一，比地球上最大的爆炸火山礦床還要大100倍，是太陽系中已知的最大的爆炸火山礦床。火星的形成標誌著火星歷史上的一個轉折點，火山爆發可能將大量改變氣候的氣體噴入火星大氣層，並將足夠的水噴射到超過9厘米(4英寸)厚的全球海洋中，覆蓋火星。在噴發過程中，大量的溫室氣體被釋放出來，這些氣體可能會使火星表面變暖，使水在其表面保持液態，但是有毒的火山氣體，如硫化氫和二氧化硫，會改變火星表面和大氣的化學性質。這兩個過程都會影響火星的可居住性。

確定岩石的來源

Medusae Fossae組由橫跨火星赤道的山丘和成堆的沉積岩組成。隨著時間的推移，當岩石塵埃和碎片在行星表面和水泥上堆積時，沉積岩就形成了。幾十年來，科學家們已經知道了水母的存在，但不確定是風、水、冰還是火山爆發在那裡沉積了岩石碎片。以前對火星表面的雷達測量顯示，火星表面有一種不尋常的成分，但科學家們無法確定它是由多孔的岩石還是岩石和冰的混合物構成的。在這項新的研究中，Ojha和他的同事利用各種火星軌道飛行器上的重力數據首次測量了Medusae Fossae的密度。他們發現這塊岩石的滲透性非常強:它的密度大約是其他火星地殼的三分之二。

火星的全球地理地圖，上面有紅色圈出的火星人的位置。圖片：MazzyBor, CC BY-SA 4.0 via Wikimedia Commons

還結合了雷達和引力數據，證明水母的密度不能用冰的存在來解釋，因為冰的密度比岩石要小得多。研究人員說，由於岩石的多孔性，它必須是由火山爆發形成的。火山噴發的部分原因是二氧化碳和溶解在岩漿中的水蒸氣等氣體迫使熔融的岩石上升到地表。含有大量氣體的岩漿向天空噴發，將火山灰和岩石噴射到大氣中。這些爆炸產生的火山灰垂直落在地上，向下奔流。過了足夠長的時間，火山灰凝結成岩石，Ojha懷疑這就是形成Medusae Fossae的原因。火山噴發時沉積下來的軟岩有一半已經被侵蝕掉了，留下了今天在Medusae Fossae所見到的山丘和山谷。

了解火星的內部

根據Ojha的說法，新的發現表明火星內部比科學家最初認為的要複雜。科學家們知道，火星的地殼中有一些水和二氧化碳，可以讓火山爆發在火星表面發生，但是火星的內部需要大量的揮發性氣體，這些氣體在低溫條件下會變成氣體，才能形成如此規模的礦床。如果你將Medusae Fossae分發到全球，它將會形成9.7米(32英尺)厚的一層。考慮到這個礦床的巨大規模，它真的令人難以置信，因為它意味著岩漿不僅含有豐富的揮發性物質，而且在很長一段時間內都必須富含揮發性物質。這項新研究顯示了重力測量在解釋火星岩石記錄方面的承諾，未來引力研究將有助於區分地球上地殼的冰、沉積物和火成岩。

博科園-科學科普｜文：美國地球物理聯盟

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