​火星古代海洋的水分可能被困在地壳的矿物中

火星古代海洋的水分可能被困在地壳的矿物中

火星古代海洋的水分可能被困在地壳的矿物中

（报道）据美国国家地理（撰文：ROBIN GEORGE ANDREWS 编译：邱彦纶）：火星古代海洋的水分可能被困在地壳的矿物中，这让科学家上修对火星曾拥有的水量估计。

现在的火星是一片酷寒的荒漠，但干涸的三角洲和河岸却提醒着我们，过去曾有液态水在这颗行星的地表流动。那么这些水去哪了呢？数十年来，科学家一直试图解答这个问题，希望弄清楚火星是如何成为了无生机的荒原，而邻近的地球却能留下水分，成为生物的天堂乐园。

现在，有个由地质学家和大气科学家组成的研究团队将来自火星的观测结果与新模型结合，拼凑出火星历史的新面貌：这颗行星上的古老水分，可能多被困在地壳矿物之中，且存留至今。

先前的研究显示，由于太阳辐射使火星的大气层剥离，导致大部分的水分都散逸到太空之中。但在3月17日出版的《科学》（Science）期刊上有项最新的研究指出，火星上的水分不仅藉由大气逸散，也会受地质所困。研究团队在今年以远距方式举行的月球与行星科学会议（Lunar and Planetary Science Conference）上介绍了这项研究结果。

根据这个新模型的估计，依一开始的水量不同，会有30%至99%的水分进入地壳的矿物之中，而其余的则散逸到太空之中。这个比例的范围很广，而且两种过程都扮演相当重要的作用，所以「真实状况就存在于其中某处，」并未参与此项研究的普渡大学行星科学家布里奥尼．霍根（Briony Horgan）如此表示。

如果新模型是正确的，那火星的青春期故事可得要改写了。目前我们所认为困在火星地壳中的所有水分，都表示古早火星地表所拥有的水量要比先前模型的估计还要多得多──那么早期的火星环境可能也较之前所认为的更适合微生物生存。

「这篇论文认为火星可能一度是颗湛蓝的行星，虽然为时甚短。」北卡罗莱纳州立大学的行星科学家保罗．伯恩（Paul Byrne）这么说，他并未参与此项新研究。

从湿透到干涸

火星有着大量的干涸河床、三角洲、湖盆和内海，这都显示火星表面曾有很多液态水。北半球甚至可能有一个或数个海洋，但科学家对此观点仍争议不休。如今，除了可能的一系列地下咸水湖泊和含水层之外，火星的大部分水分都被封存在极冠或是地表下方的冰层之中。

科学家调查不同年龄火星陨石的化学性质，并利用美国航太总署（NASA）好奇号（Curiosity）探测车研究古代岩石并测量现在的火星大气，已经能够估算出有多少的地表水──以冰、液态水或水蒸气的形式──出现在火星历史上的各个阶段。他们认为，在火星最早期，如果所有的水都是液态的，那将可以把整颗星球覆盖在46至244公尺深的浅海之中。

火星过去的大气更为浓厚，大气压力使液态水得以存在地表。但科学家根据美国航太总署火星大气与挥发物演化任务（MAVEN）轨道卫星的观测，发现火星可能在形成后仅约5亿年时，大部分的大气就被太阳风（由太阳发射出的带电粒子）剥离。目前仍不清楚其原因，但保护行星的磁场在早期即消失无踪可能是关键因素。

无论是哪种原因所造成，大气的消失让约90%的火星地表水分随之蒸发，留下的水蒸气又被紫外线辐射分解，火星因此成为缺水的荒漠。

藏身火星岩石中的线索

至少，目前的故事是这样发展的，但还是有些漏洞存在。

先前科学家根据火星目前大气中的氢原子类型，来推测火星过去水分的命运。空气中的水蒸气被来自太阳的紫外线辐射撞击时，会使氢脱离水分子中的氧。游离氢是种非常轻的气体，因此很容易散逸到太空之中。但其中有些水蒸气含有一种称为「氘」的较重氢原子，这种原子比较容易留在大气之中。

科学家知道火星上氢和氘的自然比例应该是多少，因此可以使用留下的氘含量，来推算火星上过去曾有多少较轻的氢原子存在。因此，氘就像是个幽灵般的指标，能够显示过去曾有多少水分散逸到太空之中。

时至今日，氢气仍持续地从火星逸出。科学家能够测量散逸的速率，来计算出已经有多少水分已永久流失。这篇最新研究的第一作者──加州理工学院的博士班学生伊娃．林翰．谢勒（Eva Linghan Scheller）表示，如果这个速率在过去的45亿年中保持稳定，那就无法解释为何会有这么多水分从地表消失无踪。

另一条线索来自所有检验火星岩石的轨道卫星和探测车。在过去的20年里，科学家发现了许多含水矿物，包括大量的黏土。起初只有分散四处的零散证据，但现在「我们掌握了火星表面有大量水合矿物的证据，」霍根说。

所有这些极其古老的水合矿物质都显示：在很久以前，曾有大量的水分流经古老的火星土壤表面──远远超过了根据大气中氘含量所做的推测。

未参与此项研究的莱斯大学行星科学家克丝汀．西巴赫（Kirsten Siebach）表示：「我们花了很长时间才找到先前发现的所有水合矿物，然后才充分理解它们在火星全球尺度上所扮演的重要性。」

毁灭一颗行星的两种方法

谢勒认为，问题是过去的模型并未充分考虑地壳将水分锁在矿物内部的能力。她和同事决定建立一个新模型，以推测火星表面水分在过去45亿年间的去向。

这个模型做了一些假设，像是火星一开始有多少水，后来又有多少水随着含水的小行星和冰彗星送到火星上，有多少水随着时间流逝散逸到太空之中，以及有多少火山活动让更多的水沉积在火星地表。研究团队根据这些变量的数值推断，火星的地表曾经拥有够多的水分，足以形成一个有100到1494公尺深的全球性海洋。

在41到37亿年前，火星地表的水量显著减少，除了往太空散逸之外，还有部分被地壳中的矿物吸收。谢勒表示，到目前为止我们所发现的所有水合矿物都超过30亿年，这表示在火星大部分的时间内都是干旱的不毛之地。

新模型仍有其局限性，有些关键细节仍然不太清楚。但这是重要的一步，「肯定会对未来火星水分历史的研究大有助益，」并未参与此项研究的行星科学家杰罗尼莫．维拉纽瓦（Geronimo Villanueva）如此表示，他目前于美国航太总署位于马里兰州格林贝尔特（Greenbelt）的戈达德太空飞行中心（Goddard Space Flight Center）任职。

一方面，这有助于解决以氘的测量值所估计的水量与地表残留的大量水体特征之间的差异。西巴赫表示，目前还不清楚这么少的水怎么会形成如此大量的河流和湖泊，但这个新模型藉由确认火星上可能存在的额外水分，为此谜团提供了可能的解答。

但是，这项研究并没有改变科学家对目前火星上有多少水分的看法──根本就不多。霍根表示，有一天太空人可能会在火星上烘烤水合矿物来释放水分，但这将是个非常耗能的过程。

西巴赫说：「这项研究显示，火星历史早期应该有更多的水可以利用，那是火星最适合生物居住的时候。」如果曾经有微生物存在的话，它们可能已扩散到所有的水体之中，但随着大部分水分在30亿年前消失之际，它们也难以存活下来。

北卡罗莱纳州立大学的伯恩表示，大量的水分会消失在地壳之中的这种想法，对其他岩质行星的相关研究也有影响。

地球上的水也会与矿物质结合。但在我们的星球上，板块运动让这些矿物得以循环，并藉由火山喷发不断释放其中的水分，西巴赫说道。相较之下，火星缺乏地壳活动，因此这颗行星可能注定变成一片寒冷的荒漠。金星上是否也曾经发生过同样天翻地覆的过程？在远离太阳系的系外行星上，是否也有水分被困在行星地壳之中呢？

并未参与此项研究的维吉尼亚理工大学行星科学家斯科特．金（Scott King）表示，这个模型让我们有机会更深入了解火星和其他岩质行星的演化过程。

他说：「现在，我们可以提出一大堆新问题来解决了。」

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