新研究发现火星过去可能曾寒冷多冰

几十年来，火星上是否曾存在过生命这一问题一直吸引着科学家和公众的想象力。此次发现的核心是深入了解地球邻居过去的气候：这颗行星是否温暖湿润，海洋和河流与我们地球上的很相似?还是寒冷多冰，因此可能不太适合生命存在?一项新研究通过识别火星土壤与加拿大纽芬兰(一种寒冷的亚北极气候)土壤之间的相似性，找到了支持后者的证据。

这项研究于 7 月 7 日发表在《通讯地球与环境》杂志上，旨在寻找地球上与火星盖尔陨坑具有可比物质的土壤。科学家经常使用土壤来描述环境历史，因为土壤中的矿物质可以讲述地貌随时间演变的故事。更多地了解这些物质是如何形成的，有助于解答有关这颗星球历史状况的长期问题。盖尔陨坑的土壤和岩石记录了 30 亿至 40 亿年前火星的气候，当时火星上的水相对丰富，而生命也首次出现在地球上。

“盖尔陨坑是一个古湖床——显然那里有水。但水存在时的环境条件是怎样的?” DRI 的土壤科学家和地貌学家安东尼·费尔德曼说。“我们永远找不到与火星表面直接相似的地方，因为火星和地球的条件差别太大。但我们可以研究陆地条件下的趋势，并利用这些趋势尝试推断火星问题。”

宇航局的“好奇号”火星车自 2011 年以来一直在调查盖尔陨坑，并发现了大量被称为“X 射线非晶态物质”的土壤物质。这些土壤成分缺乏矿物所特有的重复原子结构，因此无法使用 X 射线衍射等传统技术轻松表征。例如，当 X 射线照射钻石等晶体材料时，X 射线会根据矿物的内部结构以特征角度散射。然而，X 射线非晶态物质不会产生这些特征“指纹”。好奇号火星车使用这种 X 射线衍射法证明，在盖尔陨坑测试的土壤和岩石样本中，X 射线非晶态物质占 15% 至 73%。

“你可以把 X 射线非晶态材料想象成果冻，”费尔德曼说。“它是不同元素和化学物质组成的混合物，它们相互滑动。”

好奇号火星车还对土壤和岩石样本进行了化学分析，发现这种无定形物质富含铁和二氧化硅，但缺乏铝。除了有限的化学信息外，科学家们还不了解这种无定形物质是什么，也不知道它的存在对火星的历史环境意味着什么。发现更多关于这些神秘物质如何形成并在地球上存留的信息，有助于解答有关这颗星球的长期问题。

费尔德曼和他的同事访问了三个地方，寻找类似的 X 射线非晶态物质：纽芬兰格罗斯莫讷国家公园的高原、北加州的克拉马斯山脉和内华达州西部。这三个地方都有蛇纹石土壤，研究人员预计这些土壤的化学成分与盖尔陨石坑的 X 射线非晶态物质相似：富含铁和硅，但缺乏铝。这三个地方的降雨量、降雪量和温度也各不相同，这有助于了解产生非晶态物质并有利于其保存的环境条件类型。

在每个地点，研究小组都使用 X 射线衍射分析和透射电子显微镜检查土壤，这使他们能够更详细地观察土壤材料。纽芬兰的亚北极条件下产生的材料在化学上与盖尔陨坑中发现的材料相似，但同样缺乏晶体结构。加利福尼亚和内华达等气候较温暖的地区产生的土壤则没有晶体结构。

“这表明，这些物质的形成需要水，”费尔德曼说，“但要想将无定形物质保存在土壤中，就需要寒冷、接近冰点的年平均温度条件。”

非晶态材料通常被认为是相对不稳定的，这意味着在原子层面上，原子尚未组织成最终的、更结晶的形式。“动力学中发生了一些事情——或者说反应速率——正在减慢反应速度，以便这些材料能够在地质时间尺度上保存下来，”费尔德曼说。“我们认为，极冷，接近冰点的条件，是允许这些材料形成和保存的一个特殊的动力学限制因素。”

“这项研究加深了我们对火星气候的了解，”费尔德曼说。“研究结果表明，盖尔陨坑中这种物质的丰富程度与亚北极条件相符，类似于我们在冰岛等地看到的情况。”

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