針對亞北極的新研究可以揭示火星寒冷冰冷的過去
最近一項比較地球和火星土壤的研究表明，火星的歷史氣候是寒冷的亞北極氣候，類似於紐芬蘭。這項研究的重點是蓋爾隕石坑土壤中的無定形物質，這些物質可能是在近乎冰凍的條件下保存下來的，為了解火星的環境條件和生命存在的可能性提供了新的視角。
幾十年來，火星是否曾經孕育生命的問題一直吸引著科學家和大眾的想像。這項發現的核心是深入了解地球鄰居火星過去的氣候：這顆行星是否溫暖潮濕，擁有與我們地球上相似的海洋和河流？還是寒冷冰冷，因此可能不那麼容易支持我們所知的生命？
一項新的研究發現，火星上的土壤與加拿大紐芬蘭的土壤有相似之處，都屬於寒冷的亞北極氣候。
從美國太空總署好奇號漫遊車看到的蓋爾隕石坑邊緣和坑底。圖片來源：NASA/JPL-Caltech
這項研究發表在7月7日的《通訊地球與環境》（Communications Earth and Environment）雜誌上， 研究人員在地球上尋找與火星蓋爾環形山具有相似物質的土壤。科學家經常利用土壤來描述環境歷史，因為土壤中的礦物質可以講述地形隨時間演變的故事。進一步了解這些物質是如何形成的，有助於回答有關這顆紅色星球歷史條件的長期問題。蓋爾隕石坑的土壤和岩石提供了30 億年至40 億年前火星氣候的記錄，當時火星上的水量相對豐富–這也是地球上首次出現生命的時期。
「蓋爾隕石坑是一個古湖床–顯然曾經有水存在。但水存在時的環境條件如何？」現任職於DRI 的土壤學家和地貌學家安東尼-費爾德曼（Anthony Feldman ）說。 “我們永遠也不可能找到與火星表面直接類似的東西，因為火星和地球的條件差別太大了。但我們可以研究地球條件下的趨勢，並利用這些趨勢嘗試推斷火星問題。”
紐芬蘭台地的研究地點。圖片來源：Anthony Feldman/DRI
美國國家航空暨太空總署的好奇號漫遊車自2011 年以來一直在調查蓋爾隕石坑，並發現了大量被稱為”X 射線無定形物質”的土壤材料。土壤中的這些成分缺乏礦物所特有的典型重複原子結構，因此不容易用X 射線衍射等傳統技術進行表徵。例如，當X 射線射向鑽石等晶體材料時，X 射線會根據礦物的內部結構以特徵角度散射。然而，X 射線無定形材料不會產生這些特徵”指紋”。好奇號漫遊車使用這種X 射線衍射方法證明，在蓋爾隕石坑測試的土壤和岩石樣本中，X 射線無定形材料佔15% 到73%。
“你可以把X 射線無定形材料想像成果凍，”費爾德曼說。 “它是由不同的元素和化學物質組成的湯，它們只是相互滑過而已”。
“好奇號”漫遊車也對土壤和岩石樣本進行了化學分析，發現無定形物質富含鐵和二氧化矽，但缺乏鋁。除了有限的化學資訊外，科學家們還不了解這種無定形物質是什麼，也不知道它的存在對火星的歷史環境意味著什麼。揭示更多關於這些神秘物質是如何形成並在地球上持續存在的信息，將有助於回答關於這顆紅色星球的長期問題。
費爾德曼和他的同事們走訪了三個地方尋找類似的X 射線無定形物質：紐芬蘭格羅斯莫恩國家公園的台地、加州北部的克拉馬斯山脈和內華達州西部。研究人員預計，這三個地點的蛇紋石土壤在化學性質上與蓋爾隕石坑的X 射線無定形物質相似：富含鐵和矽，但缺乏鋁。這三個地點還提供了一定範圍的降雨、降雪和溫度，有助於深入了解產生無定形物質並促進其保存的環境條件類型。
在每個地點，研究小組都使用X 射線衍射分析和透射電子顯微鏡對土壤進行了檢查，這使他們能夠更詳細地觀察土壤材料。紐芬蘭的亞北極條件下產生的物質在化學性質上與蓋爾隕石坑中發現的物質相似，但同樣缺乏晶體結構。而加州和內華達州等氣候溫暖地區的土壤則不然。
費爾德曼說：「這表明，需要有水才能形成這些材料。但需要在寒冷、接近冰點的年平均溫度條件下，才能保存土壤中的無定形物質」。
無定形材料通常被認為是相對不穩定的，這意味著在原子層面上，原子還沒有組織成最終的、結晶的形式。費爾德曼說：”在動力學或反應速度方面，有某種東西正在減緩反應速度，從而使這些材料能夠在地質時間尺度上保存下來。我們認為，非常寒冷、接近冰點的條件是使這些材料得以形成和保存的一個特殊動力學限制。
這項研究增進了我們對火星氣候的了解。研究結果表明，蓋爾隕石坑中這種物質的豐富程度與亞北極條件相符，類似於我們在冰島等地看到的情況。
編譯自/ ScitechDaily