火星上消失的水源可能隱藏在地殼之下

數十億年之前，溫暖的火星上分佈着湖泊和海洋。而在大約 30 億年以前，這些巨大的水體在火星表面消失得無影無蹤。多年來，科學家們一直認爲，隨着火星大氣層的削弱，其表面的水分逃逸到了太空之中。

圖 | 想象中的被海洋和湖泊覆蓋的火星（來源：NASA）

然而，這些水源或許並沒有一直向上逃逸，而是朝着反方向進入了地下。加州理工學院研究人員開發的新模型顯示，我們仍然有可能在火星的地殼下發現 30% 到 99% 的古老水源，相關論文被髮表在《科學》雜誌上。

圖 | 相關論文（來源：《科學》）

加州理工學院行星地質學家伊娃·L·施勒是這篇新論文的第一作者，施勒表示，“此次研究是在數十年來各種研究的基礎之上完成的。大量的觀測證據讓我們越來越認爲火星上的水源是以這種全新的方式消失的。”

目前的估計顯示，火星表面曾分佈着 100 到 1500 米全球等效水層（meters global equivalent layer，m GEL）的水體，m GEL 表示 1 米的水層可以覆蓋整個行星的表面。施勒表示，1000m GEL 大約相當於一半大西洋的水量。即使是最下限的估計值也依然代表着火星上含有大量的水源，這足以使其成爲潛在生命體生存的家園。

因此，我們十分有必要對火星水體的消失過程進行研究。如果我們知道了其中的原理，那麼這會讓我們更好地瞭解火星上哪些地點有可能保存着當時生命進化的證據，以及當前和未來的火星任務該如何尋找這些證據。

通過大量由大氣層削弱而引發的水分散失的模型，人們一直認爲紫外線輻射讓空氣中的水分解爲了氫和氧。這兩種元素——尤其是重量更輕的氫分子，會逃逸出大氣層並進入太空。通過測量氫分子的流失（利用歐洲航天局和俄羅斯的微量氣體探測器所搭載的高分辨率超熱中子探測設備），科學家們能夠確定出火星的水分損失率。

然而，這一理論存在兩個問題：第一，它並沒有解釋爲什麼微量氣體探測器或其它探測任務依然在火星地殼中發現了大量的水。第二，與我們所認爲的火星曾經的含水量相比，測量出的氫分子流失率過於微小。施勒說道，“這隻能解釋大多數地質學家所認爲的最低值。”

與此同時，我們更好地認識到了火星地殼下的含水量。這要歸功於像“好奇號”這樣對火星岩石直接進行研究的探測任務，以及對被送回地球的火星隕石的實驗室分析。所有這些數據都讓科學家們慢慢認識到，火星地殼在水體消失的過程中扮演了十分重要的角色。

現在，施勒和她的同事們設計出了一種全新的模型，他們使用當前的數據來檢驗水分是否進入了地下。

但是這些水分不可能匯聚成巨大的地下海洋。相反，由於經歷了風化等地質過程，水分子滲入到了像黏土這樣的礦物質結構中，事實上地球上同樣也發生着這樣的情況。

該模型顯示，這一過程可以解釋火星在最初的 10 到 20 億年中的 30% 到 99% 的水量損失，其餘的損失則是大氣層削弱造成的。

科爾蓋特大學的地質學家喬·利維表示，“這是一個非常有趣的模型。火星上遍佈着含水礦物質和脈狀礦物質。肆虐的化學風化作用是一個非常具有說服力的假設，它能夠解釋火星上水源的變化情況。” 不過，利維本人並沒有參與這項研究。

30% 到 99% 之間的水量是個非常龐大的數目，這是因爲我們並不太瞭解火星地殼中的含水量（尤其從火星的整體層面來看）、遠古火星的氣候以及它在多大程度上促進或限制了大氣中水分的流失。該模型還試圖將遠古地質活動（例如火山爆發）對水分流失的影響機制考慮進來。

概括來說，該模型爲我們瞭解火星的宜居性提供了新線索，施勒表示，“這些發現不僅僅揭示了火星水分的損失過程，同時還表明了該過程發生的時間。”論文作者們確定火星地殼中的含水礦物質的歷史已經超過了 30 億年。

這意味着，在此之前，火星很可能是一個非常適合生命居住的星球，保留下來的早期岩石將會是搜尋火星古老生命證據的絕佳材料。

施勒表示，“好奇號”和“毅力號”火星車將會尋找存在於這一時間段的樣本，特別是主要任務爲尋找火星生命證據的“毅力號”，它將會對一處擁有 38 億年曆史的湖牀地帶進行探測。

施勒還說道，“那裡非常適合研究水源儲存在地殼礦物質中的原因。”即使“毅力號”無法在那裡獨自開展工作，它也可以將收集到的樣本送回地球，以供科學家們在實驗室中進行研究。

地球和火星最初比較相近，都是一個潮溼的世界，但兩者最終卻走上了截然不同的發展道路，流失的水分進入地殼中的含水礦物質並不僅僅發生在火星上，這一過程同樣也在地球上每時每刻地上演着。

但對於地球來說，地殼岩石會在板塊活動中進行循環，而該過程則會釋放出水分。此外，地球濃厚的大氣層會保持住一個供生命進化繁衍的適宜溫度。火星上不存在板塊構造，而且在 40 億年前磁場消失後，大氣層也遭到了嚴重的削弱。

施勒表示，“歸根到底，我們要了解類地行星的宜居性問題。它真的非常脆弱。”

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https://www.technologyreview.com/2021/03/16/1020829/mars-lost-water-buried-crust/