火星的水哪儿去了
2021-03-19
中国科学报 冯维维
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火星 图片来源：Peter Baxter
数十亿年前，如今这颗红色星球的颜色要蓝得多。根据在火星表面发现的证据，大量的水曾流过火星，形成了水塘、湖泊和深海。那么问题来了，这些水都去哪儿了？
根据美国加州理工学院喷气推进实验室的最新研究成果，火星上30%到99%的水都被封存在其地壳的矿物质中。这项研究挑战了目前认为火星上的水逃入太空的理论。
研究小组发现，大约40亿年前，火星上存在足够的水，并覆盖了整个星球，形成深度约100米至1500米的海洋，这相当于大西洋的一半。但10亿年后，这颗星球变得像今天一样干燥。此前，科学家认为，水逃逸到了太空中。虽然确实有一些水以这种方式离开了火星，但现在看来，这种逃逸并不能解释大部分的水流失。
“到底有多少水曾存在于火星？大气逃逸并不能完全解释相关的数据。”论文第一作者、加州理工学院Eva Scheller说。相关研究3月16日发表于《科学》。
该团队通过陨石以及使用火星漫游者和人造卫星提供的数据，研究了各种形式下，随时间推移的火星水量，分析了当前火星的大气和地壳化学成分，特别是氘和氢的比例。
水由氢和氧组成，其中绝大多数氢原子在原子核中只有一个质子，而一小部分（大约0.02%）以氘的形式存在，即所谓的“重氢”。重量较轻的氢（也称为质子）更容易脱离星球引力进入太空。正因为如此，一颗行星上的水通过上层大气逸出时，会在该行星大气中留下一个显著的特征：超比例的氘。
该研究提出了两种机制的结合——在火星地壳的矿物质中吸收水和在大气中失去水，可以解释在火星大气中观察到的氘信号。
水与岩石相互作用，经过化学风化形成黏土和其他含水矿物，它们的矿物结构中含有水。地球上能够发生这样的过程，火星上同样如此。由于地球的构造活动，旧地壳不断融入地幔中，并在板块边界形成新的地壳，通过火山作用，水和其他分子重新循环到大气中。然而，火星大部分是不活跃的构造，所以一旦发生表面“干燥”，则将是永久的。
“过去10年的火星任务表明，这颗行星上存在着巨大的古代水化矿物质库，随着时间的推移，这些矿物质的形成肯定会降低水的可用性。”研究共同作者、凯克空间研究所行星科学家Bethany Ehlmann说。
“所有这些水在相当早的时候就被隔离了，然后再也没有循环出来。”Scheller说。
相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.abc7717
火星 图片来源：Peter Baxter 数十亿年前，如今这颗红色星球的颜色要蓝得多。根据在火星表面发现的证据，大量的水曾流过火星，形成了水塘、湖泊和深海。那么问题来了，这些水都去哪儿了？ 根据美国加州理工学院喷气推进实验室的最新研究成果，火星上30%到99%的水都被封存在其地壳的矿物质中。这项研究挑战了目前认为火星上的水逃入太空的理论。 研究小组发现，大约40亿年前，火星上存在足够的水，并覆盖了整个星球，形成深度约100米至1500米的海洋，这相当于大西洋的一半。但10亿年后，这颗星球变得像今天一样干燥。此前，科学家认为，水逃逸到了太空中。虽然确实有一些水以这种方式离开了火星，但现在看来，这种逃逸并不能解释大部分的水流失。 “到底有多少水曾存在于火星？大气逃逸并不能完全解释相关的数据。”论文第一作者、加州理工学院Eva Scheller说。相关研究3月16日发表于《科学》。 该团队通过陨石以及使用火星漫游者和人造卫星提供的数据，研究了各种形式下，随时间推移的火星水量，分析了当前火星的大气和地壳化学成分，特别是氘和氢的比例。 水由氢和氧组成，其中绝大多数氢原子在原子核中只有一个质子，而一小部分（大约0.02%）以氘的形式存在，即所谓的“重氢”。重量较轻的氢（也称为质子）更容易脱离星球引力进入太空。正因为如此，一颗行星上的水通过上层大气逸出时，会在该行星大气中留下一个显著的特征：超比例的氘。 该研究提出了两种机制的结合——在火星地壳的矿物质中吸收水和在大气中失去水，可以解释在火星大气中观察到的氘信号。 水与岩石相互作用，经过化学风化形成黏土和其他含水矿物，它们的矿物结构中含有水。地球上能够发生这样的过程，火星上同样如此。由于地球的构造活动，旧地壳不断融入地幔中，并在板块边界形成新的地壳，通过火山作用，水和其他分子重新循环到大气中。然而，火星大部分是不活跃的构造，所以一旦发生表面“干燥”，则将是永久的。 “过去10年的火星任务表明，这颗行星上存在着巨大的古代水化矿物质库，随着时间的推移，这些矿物质的形成肯定会降低水的可用性。”研究共同作者、凯克空间研究所行星科学家Bethany Ehlmann说。 “所有这些水在相当早的时候就被隔离了，然后再也没有循环出来。”Scheller说。 相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.abc7717
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责任编辑：阎芳
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