火星早期的氣候是溫暖潮濕還是寒冷乾旱是行星科學中尚未解決的關鍵科學問題之一。火星表面廣泛分佈的含水礦物和水流地貌顯示，火星早期存在長期的暖濕氣候，然而氣候模型認為，火星早期可能長期處於乾冷狀態。研究火星上廣泛分佈的蜿蜒脊狀地貌特徵及含水礦物分佈可為理解該問題提供重要支撐。

中國科學院國家空間科學中心研究員劉洋團隊研究了位於火星南北分界的坦佩高地東側的脊狀地形（圖1），利用CTX、HiRISE和CRISM等火星軌道遙感數據對該地貌及礦物信息進行詳細分析。研究發現，在脊的周圍有倒轉撞擊坑和表面相對平滑的地貌單元，分別說明了該區域經歷過強烈的侵蝕作用並發生過表面重塑事件。脊狀地貌區域的CRISM光譜數據顯示，在1.4μm、1.9μm和2.31μm有吸收峰出現，這與含鎂蒙皂石的實驗室光譜較為符合，該礦物主要分佈在南側脊的兩側斜坡上，零星分佈在脊的周邊區域，而在北側脊並沒有該礦物的光譜吸收峰出現（圖2）。通過對脊狀地貌的幾種形成機制進行對比發現，倒轉河道帶更能解釋觀察到的地貌特徵，如脊斜坡及周圍地形的層狀粘土礦物、高度不一的雙脊地形、侵蝕強烈的地貌背景等均支持這一解譯（圖3）。

科研人員在該區域發現的脊狀地貌揭示出火星北部古海洋海岸線附近複雜的河流和侵蝕活動歷史。脊狀地形的年齡上限在中諾亞紀，且其分佈在可能代表火星北部古海洋存在的二分性邊界處。通過撞擊坑定年得出脊的形成年代不晚於36億年的早西方紀，結合在脊兩側發現的約20m厚的層狀粘土礦物，代表了在早西方紀之前有一個約數万年的活躍水流活動時期。火星在諾亞紀到早西方紀時期的氣候是溫暖潮濕還是寒冷乾旱的問題一直存在爭議，如果火星早期如氣候模型預測的寒冷乾旱，那麼形成該區域的倒轉河道帶則暗示了可能由火山噴發、隕石撞擊或自轉傾角改變導致的間歇但持續變暖的氣候事件。

相關研究成果發表在Earth and Planetary Science Letters上。

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圖1.（a）由CTX生成的DEM圖像，圖中可明顯看到彎曲的平行脊。（b）與a相同範圍的CTX地貌背景圖。

圖2.（a）CTX覆蓋CRISM含水礦物參數圖，藍色和紫色代表含水礦物，根據南側脊寬度變化分為Zone1和2，紅色箭頭代表脊周圍零星分佈的含水礦物。（b）由HiRISE生成的DEM圖像，含水礦物分佈在脊兩側，橙色三角代表圖3的c、d、e的視角方向，10倍垂直放大。（c）CRISM光譜與實驗室礦物標準光譜比對。

圖3.（a）一條活躍的河流流經火星表面。（b）洪氾平原形成沉積，物質開始遷移。（c）河道帶開始被侵蝕挖掘（黑色圓圈代表撞擊坑），原始河道消失。（d）在後期長時間的風化侵蝕作用下，河道帶形成了寬度不定的脊狀地貌。