好奇号发现火星古代冰封湖泊的证据

2022-02-27 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:893 /
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利用美国宇航局火星车“好奇号”上的火星样本分析(SAM)仪器的数据,研究人员发现,“好奇号”正在探索的150公里宽的古盆地盖尔陨石坑的岩石中的某些矿物,可能是在温暖时期之间的寒冷阶段,或者在火星失去大部分大气并开始永久变冷之后,在一个冰覆盖的湖泊中形成的。他们的发现发表在《自然天......

利用美国宇航局火星车“好奇号”上的火星样本分析(SAM)仪器的数据,研究人员发现,“好奇号”正在探索的150公里宽的古盆地盖尔陨石坑的岩石中的某些矿物,可能是在温暖时期之间的寒冷阶段,或者在火星失去大部分大气并开始永久变冷之后,在一个冰覆盖的湖泊中形成的。他们的发现发表在《自然天文学》杂志上。

Gale crater is 155 km in diameter and now holds a layered mountain rising about 5 km above the crater floor. This illustration depicts a lake of water partially filling the crater. Image credit: NASA / JPL-Caltech / ASU / UA / Sci-News.com.

Gale陨石坑直径为155公里,现在拥有一座分层的山峰,高出陨石坑底部约5公里。这幅插图描绘了一个部分填满火山口的湖水。图片来源:美国宇航局/JPL-加州理工学院/亚利桑那州立大学/联合大学/Sci-News.com。

盖尔陨石坑被选为好奇号2012年的着陆点,因为它有过去水的迹象,包括粘土矿物。事实上,在探索陨石坑中心的山——夏普山的底部时,探测器发现了一层304米厚的沉积物,这些沉积物是以泥浆的形式沉积在古代湖泊中的。

为了形成如此多的沉积物,数百万到数千万温暖潮湿的年份里,会有大量的水流入这些湖泊。但是陨石坑中的一些地质特征也暗示了一段过去,包括寒冷、结冰的条件。

美国宇航局戈达德太空飞行中心的地球化学家希瑟·弗朗茨博士说:“在某个时候,火星的表面环境一定经历了从温暖潮湿到寒冷干燥的转变,就像现在这样,但具体是何时以及如何发生的仍然是个谜。

随着时间的推移,火星倾角和火山活动量的变化等因素可能会导致火星气候在温暖和寒冷之间交替。这一观点得到了火星岩石化学和矿物学变化的支持,这些变化表明,一些层形成于较冷的环境,而另一些层形成于较暖的环境。"

在SAM从13个灰尘和岩石样本中提取二氧化碳和氧气后,Franz博士和他的同事发现了寒冷的古代环境的证据。

好奇号将岩石和灰尘样本送入萨姆后,实验室将每个样本加热到900摄氏度,以释放其中的气体。通过观察释放二氧化碳和氧气的烤箱温度,科学家可以判断这些气体来自哪种矿物质。这类信息有助于他们了解碳是如何在火星上循环的。

各种研究表明,火星的古代大气(主要含有二氧化碳)可能比今天的地球更厚。大部分已经消失在太空中,但有些可能储存在地球表面的岩石中,特别是以碳酸盐的形式,碳酸盐是由碳和氧组成的矿物质。

在地球上,当空气中的二氧化碳被海洋和其他水体吸收,然后矿化为岩石时,就会产生碳酸盐。研究人员认为同样的过程也发生在火星上,这有助于解释火星大气的一些变化。然而,火星任务还没有在表面找到足够的碳酸盐来支撑厚厚的大气层。

尽管如此,萨姆确实探测到的少数碳酸盐通过储存在其中的碳和氧同位素揭示了火星气候的一些有趣之处。因为不同的化学过程,从岩石形成到生物活动,以不同的比例使用这些同位素,岩石中重同位素与轻同位素的比例为科学家提供了岩石如何形成的线索。

在萨姆发现的一些碳酸盐中,科学家注意到氧同位素比火星大气中的氧同位素轻。这表明碳酸盐并不是很久以前简单地从大气中吸收到湖泊中的二氧化碳中形成的。如果有,岩石中的氧同位素会比空气中的略重。

虽然碳酸盐可能在火星历史的早期就形成了,当时的大气成分与今天略有不同,但弗朗茨博士和合著者认为碳酸盐更有可能形成于冰冻的湖泊中。

在这种情况下,冰可能吸收了重氧同位素,留下最轻的同位素形成碳酸盐。

“火星上碳酸盐的低丰度令人困惑,”作者说。

“如果盖尔环形山没有很多这样的矿物,也许早期的大气比预测的要稀薄。或者是其他什么东西在储存缺失的大气碳。”

基于他们的分析,研究人员认为一些碳可以被封存在其他矿物中,比如草酸盐,它以不同于碳酸盐的结构储存碳和氧。

他们的假设基于萨姆内部一些样本释放二氧化碳的温度。对碳酸盐来说太低了,但对草酸盐来说正好。以及与科学家在碳酸盐中看到的不同的碳和氧同位素比率。

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H.B. Franz等人,2020年。根据盖尔陨石坑的碳和氧同位素推断的本地和外来有机物和表面大气循环。Nat Astron 4,526-532;doi:10.1038/s 14550-019-0990-x

本文基于美国国家航空航天局提供的文本。


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