研究人員在研究一塊火星隕石時，發現了已知火星上最古老的水存在的證據，可以追溯到44.5億年前。這項發現表明，火星的地質歷史中包含了大量的熱液活動，這些活動可能在火星歷史的早期支持了火星的可居住性。 這些古老的鋯石經過微量元素分析，暗示了可能形成與地球上類似礦床的條件，為火星的過去提出了引人入勝的可能性。

對火星隕石的研究揭示了火星上水的最古老證據，這些證據存在於44.5億年前的鋯石礦物中。 這表明火星早期的條件可以支持生命和潛在的礦石形成熱液系統。 圖片來源：NASA/JPL-Caltech

水在地球上無所不在–覆蓋了地球表面的70%，瀰漫在空氣中，甚至被鎖在岩石裡。地質證據顯示，水在地球上已經穩定存在了約43 億年。

然而，火星上的情況卻有所不同。 紅色星球上水的時間線仍不確定。 科學家們正在努力確定水何時首次出現在火星上，集中在哪裡，以及持續了多長時間。 如果火星曾經適合居住，那麼它至少需要一些水。

在一項突破性研究中，我們分析了火星隕石中的礦物鋯石，發現了可追溯至44.5億年前的水的證據。 這些發現最近發表在Science Advances上，可能是迄今為止火星上有水的最古老證據。

長期以來，人們一直認為水在早期火星歷史中扮演著重要角色。 為了將我們的研究結果置於更廣闊的背景下，讓我們先從火星地質時間尺度的角度來考慮”早期火星”的含義，然後再考慮在火星上尋找水的不同方法。

與地球一樣，火星形成於大約45 億年前。 火星的歷史有四個地質時期。 它們分別是亞馬遜期（從今天追溯到30 億年前）、赫斯佩爾期（30 億年前到37 億年前）、諾阿奇期（37 億年前到41 億年前）和前諾阿奇期（41 億年前到大約45 億年前）。

20 世紀70 年代，NASA 的水手9 號太空船捕捉到火星表面河谷的圖像，首次報告了火星上有水的證據。 後來的軌道飛行任務，包括Mars Global Surveyor和Mars Express，探測到火星表面廣泛存在水合黏土礦物，這些礦物需要水的參與才會存在。

火星河谷和黏土礦物主要出現在諾阿奇安地形中，諾阿奇安地形覆蓋了火星約45%的面積。 此外，軌道探測器在黑斯伯階地形中也發現了大型洪水通道–稱為流出通道。 這表明火星表面存在短暫的水，可能是地下水釋放的結果。

大多數關於火星上有水的報導都是在30 億年前的物質或地形中。 比這更近的火星上沒有太多證據表明存在穩定的液態水。

那麼，前新元古代呢？ 水第一次出現在火星是什麼時候？

卡西谷是火星上最大的流出通道。 圖片來源：NASA/JPL/亞利桑那州立大學，R. Luk。

在火星上尋找水有三種方法。 第一種是利用軌道航天器對火星表面的觀測。 第二種方法是利用地面觀測，例如火星探測器進行的觀測。第三種方法是研究降落在地球上的火星隕石，而這就是我們所做的。

事實上，我們唯一可以直接研究的前努阿契亞時期的材料就存在於火星的隕石中。 在登陸地球的所有隕石中，有一小部分來自我們的鄰近星球。

在這些隕石中，有一個較小的子集，據信是在一次小行星撞擊過程中從火星噴射出來的，其中含有前諾亞紀的物質。

這組隕石中的”海報之子”是一塊名為NWA7034 或”黑美人”的非凡岩石。 “黑美人”是一塊著名的火星隕石，由碎裂的地表物質（或稱為碎屑）組成。 除了岩石碎片外，它還含有形成於44.8 億年前至44.3 億年前的鋯石。 這些是已知最古老的火星碎片。

在研究其中一塊古老鋯石中的微量元素時，我們發現了熱液過程的證據–這意味著它們在遙遠的過去形成時暴露在熱水中。

火星隕石NWA 7034，又稱”黑美人”這塊火星隕石被命名為西北非洲（NWA）7034，綽號”黑美人”，重約11 盎司（320 克）。 資料來源：美國國家航空暨太空總署

我們研究的鋯石已有44.5億年的歷史。 在它的內部，鐵、鋁和鈉以同心層的豐度模式保存，類似洋蔥。

這種被稱為振盪分帶的模式表明，這些元素在鋯石的火成岩歷史中，即在岩漿中發生了摻入。

問題是，鐵、鋁和鈉通常不存在於結晶火成岩鋯石中，那麼這些元素是如何出現在火星鋯石中的呢？

44.5 億年前火星鋯石中的鐵元素分區。 深藍色區域表示鐵豐度最高。 圖片來源：Aaron Cavosie & Jack Gillespie

答案就是熱液。在地球岩石中，發現具有鐵、鋁和鈉等元素生長分帶模式的鋯石非常罕見。 在南澳大利亞的奧林匹克水壩是一個巨大的銅、鈾和金礦床，也是唯一描述過這種現象的地方之一。

奧林匹克水壩等地的金屬是由岩漿活動期間穿過岩石的熱液系統濃縮而成的。

熱液系統形成於火山管道系統加熱的熱水流經岩石的任何地方。 美國黃石國家公園等地壯觀的間歇泉是熱液在地球表面噴發形成的。

熱液火星鋯石的發現為火星早期礦床的形成提供了引人入勝的可能性。

黃石國家公園老忠實間歇泉噴發。

先前的研究提出了濕潤的前新紀元火星。 在一塊44.3 億年前的火星鋯石中，不尋常的氧同位素比率曾被解釋為早期水圈的證據。 甚至有人認為，火星可能在44.5億年前就有了早期的全球海洋。

從我們的研究中可以看出，岩漿熱液系統在44.5 億年前火星地殼形成的早期就非常活躍。

目前還不清楚這是否意味著地表水在此時已經穩定，但我們認為這是可能的。 顯而易見的是，火星地殼和地球一樣，在形成後不久就有了水–這是適合人類居住的必要條件。

作者：Aaron J. Cavosie，科廷大學地球與行星科學學院資深講師。

改編自原刊於《對話》的一篇文章。

編譯自/ ScitechDaily