新研究表明古代火星凉爽且相对潮湿

在一项新的研究中，行星科学家发现火星盖尔陨石坑的土壤与加拿大纽芬兰(属于寒冷的亚北极气候)的土壤有很大的相似之处。

科学家经常使用土壤来描绘环境历史，因为其中的矿物质可以讲述景观随时间演变的故事。

进一步了解这些物质是如何形成的，有助于解答有关这颗红色星球的历史状况的长期问题。

盖尔陨坑的土壤和岩石记录了 30 至 40 亿年前火星的气候，当时火星上的水相对丰富，也是地球上首次出现生命的时期。

“盖尔陨石坑是一个古湖床——显然那里有水。但当时有水时的环境条件是怎样的?”沙漠研究所的土壤科学家和地貌学家安东尼·费尔德曼博士说。

“我们永远找不到与火星表面直接相似的地方，因为火星和地球的条件差别太大。但我们可以研究陆地条件下的趋势，并尝试利用这些趋势推断火星问题。”

美国宇航局的好奇号火星车自 2011 年以来一直在调查盖尔陨坑，并发现了大量被称为 X 射线非晶态物质的土壤物质。

这些土壤成分缺乏矿物质所特有的重复原子结构，因此无法使用X射线衍射等传统技术轻易进行表征。

例如，当 X 射线照射钻石等晶体材料时，X 射线会根据矿物的内部结构以特征角度散射。

然而，X射线非晶态材料不会产生这些特征指纹。

好奇号火星车采用了这种 X 射线衍射方法，证明在盖尔陨坑测试的土壤和岩石样本中，X 射线非晶态物质占 15% 至 73%。

“你可以把 X 射线无定形材料想象成果冻。它是不同元素和化学物质的混合物，它们相互滑动，”费尔德曼博士说。

好奇号还对土壤和岩石样本进行了化学分析，发现这种非晶态物质富含铁和二氧化硅，但缺乏铝。

除了有限的化学信息之外，科学家还不了解这种无定形物质是什么，也不知道它的存在对火星的历史环境意味着什么。

揭示这些神秘物质如何在地球上形成和存续的更多信息，有助于解答有关这颗红色星球的长期问题。

费尔德曼博士和他的同事访问了三个地方寻找类似的 X 射线非晶态物质：纽芬兰的格罗莫讷国家公园高原、加利福尼亚州北部的克拉马斯山脉和内华达州西部。

这三个地点都有蛇纹石土壤，研究人员预计其化学成分与盖尔陨坑的 X 射线非晶态物质相似：富含铁和硅，但缺乏铝。

这三个地点还提供了一系列降雨量、降雪量和温度，有助于了解产生无定形物质的环境条件类型并促进其保存。

在每个地点，研究小组使用X射线衍射分析和透射电子显微镜检查土壤，这使他们能够更详细地了解土壤材料。

纽芬兰的亚北极条件下产生的物质在化学上与盖尔陨坑中发现的物质相似，但同样缺乏晶体结构。而加利福尼亚和内华达等温暖气候条件下产生的土壤则没有晶体结构。

“这表明需要水才能形成这些物质，”费尔德曼博士说。

“但为了保存土壤中的无定形物质，需要寒冷、接近冰点的年平均气温条件。”

非晶态材料通常被认为相对不稳定，这意味着在原子水平上，原子尚未组织成最终的、更结晶的形式。

费尔德曼博士说：“动力学或反应速率中发生了一些变化，使其速度减慢，以便这些材料能够在地质时间尺度上得以保存。”

“我们认为，极冷，接近冰点的条件，是允许这些材料形成和保存的一个特殊的动力学限制因素。”

“这项研究加深了我们对火星气候的了解。”

“结果表明，盖尔陨坑中这种物质的丰富程度与亚北极条件相一致，类似于我们在冰岛等地看到的情况。”

该团队的研究成果发表在《通讯地球与环境》杂志上。