火星上消失的水源可能隐藏在地壳之下

数十亿年之前，温暖的火星上分布着湖泊和海洋。而在大约 30 亿年以前，这些巨大的水体在火星表面消失得无影无踪。多年来，科学家们一直认为，随着火星大气层的削弱，其表面的水分逃逸到了太空之中。

图 | 想象中的被海洋和湖泊覆盖的火星（来源：NASA）

然而，这些水源或许并没有一直向上逃逸，而是朝着反方向进入了地下。加州理工学院研究人员开发的新模型显示，我们仍然有可能在火星的地壳下发现 30% 到 99% 的古老水源，相关论文被发表在《科学》杂志上。

图 | 相关论文（来源：《科学》）

加州理工学院行星地质学家伊娃·L·施勒是这篇新论文的第一作者，施勒表示，“此次研究是在数十年来各种研究的基础之上完成的。大量的观测证据让我们越来越认为火星上的水源是以这种全新的方式消失的。”

目前的估计显示，火星表面曾分布着 100 到 1500 米全球等效水层（meters global equivalent layer，m GEL）的水体，m GEL 表示 1 米的水层可以覆盖整个行星的表面。施勒表示，1000m GEL 大约相当于一半大西洋的水量。即使是最下限的估计值也依然代表着火星上含有大量的水源，这足以使其成为潜在生命体生存的家园。

因此，我们十分有必要对火星水体的消失过程进行研究。如果我们知道了其中的原理，那么这会让我们更好地了解火星上哪些地点有可能保存着当时生命进化的证据，以及当前和未来的火星任务该如何寻找这些证据。

通过大量由大气层削弱而引发的水分散失的模型，人们一直认为紫外线辐射让空气中的水分解为了氢和氧。这两种元素——尤其是重量更轻的氢分子，会逃逸出大气层并进入太空。通过测量氢分子的流失（利用欧洲航天局和俄罗斯的微量气体探测器所搭载的高分辨率超热中子探测设备），科学家们能够确定出火星的水分损失率。

然而，这一理论存在两个问题：第一，它并没有解释为什么微量气体探测器或其它探测任务依然在火星地壳中发现了大量的水。第二，与我们所认为的火星曾经的含水量相比，测量出的氢分子流失率过于微小。施勒说道，“这只能解释大多数地质学家所认为的最低值。”

与此同时，我们更好地认识到了火星地壳下的含水量。这要归功于像“好奇号”这样对火星岩石直接进行研究的探测任务，以及对被送回地球的火星陨石的实验室分析。所有这些数据都让科学家们慢慢认识到，火星地壳在水体消失的过程中扮演了十分重要的角色。

现在，施勒和她的同事们设计出了一种全新的模型，他们使用当前的数据来检验水分是否进入了地下。

但是这些水分不可能汇聚成巨大的地下海洋。相反，由于经历了风化等地质过程，水分子渗入到了像黏土这样的矿物质结构中，事实上地球上同样也发生着这样的情况。

该模型显示，这一过程可以解释火星在最初的 10 到 20 亿年中的 30% 到 99% 的水量损失，其余的损失则是大气层削弱造成的。

科尔盖特大学的地质学家乔·利维表示，“这是一个非常有趣的模型。火星上遍布着含水矿物质和脉状矿物质。肆虐的化学风化作用是一个非常具有说服力的假设，它能够解释火星上水源的变化情况。” 不过，利维本人并没有参与这项研究。

30% 到 99% 之间的水量是个非常庞大的数目，这是因为我们并不太了解火星地壳中的含水量（尤其从火星的整体层面来看）、远古火星的气候以及它在多大程度上促进或限制了大气中水分的流失。该模型还试图将远古地质活动（例如火山爆发）对水分流失的影响机制考虑进来。

概括来说，该模型为我们了解火星的宜居性提供了新线索，施勒表示，“这些发现不仅仅揭示了火星水分的损失过程，同时还表明了该过程发生的时间。”论文作者们确定火星地壳中的含水矿物质的历史已经超过了 30 亿年。

这意味着，在此之前，火星很可能是一个非常适合生命居住的星球，保留下来的早期岩石将会是搜寻火星古老生命证据的绝佳材料。

施勒表示，“好奇号”和“毅力号”火星车将会寻找存在于这一时间段的样本，特别是主要任务为寻找火星生命证据的“毅力号”，它将会对一处拥有 38 亿年历史的湖床地带进行探测。

施勒还说道，“那里非常适合研究水源储存在地壳矿物质中的原因。”即使“毅力号”无法在那里独自开展工作，它也可以将收集到的样本送回地球，以供科学家们在实验室中进行研究。

地球和火星最初比较相近，都是一个潮湿的世界，但两者最终却走上了截然不同的发展道路，流失的水分进入地壳中的含水矿物质并不仅仅发生在火星上，这一过程同样也在地球上每时每刻地上演着。

但对于地球来说，地壳岩石会在板块活动中进行循环，而该过程则会释放出水分。此外，地球浓厚的大气层会保持住一个供生命进化繁衍的适宜温度。火星上不存在板块构造，而且在 40 亿年前磁场消失后，大气层也遭到了严重的削弱。

施勒表示，“归根到底，我们要了解类地行星的宜居性问题。它真的非常脆弱。”

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