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火星上的水哪儿去了

来源:《中国科学报》2021-03-19 09:51

  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。(冯维维)

[ 责编:张梦凡 ]
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