远古火星表面覆盖着厚厚的冰原,而不是自由流动的河流

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远古火星表面覆盖着厚厚的冰原,而不是自由流动的河流

图片来源:Anna Grau Galofre

根据近日发表在《自然地球科学》上的UBC的一项新研究,火星表面的大量河谷网络是由冰川下融化的水蚀刻而成的,而不是之前认为的自由流动的河流。这一发现无异于给“温暖湿润的远古火星”假说当头泼了一盆冷水。该假说认为,火星上曾经存在河流、降雨和海洋。

为了得出这个结论,新研究的主要作者、前地球、海洋和大气科学部博士生安娜·格劳·加洛夫开发并使用了新技术来研究火星上的数千个山谷。她和合著者还比较了火星的山谷和加拿大北极群岛的冰下通道,发现了惊人的相似之处。

“在过去的40年里,自从火星的山谷首次被发现以来,人们的假设是,火星上曾经有河流流过,侵蚀并产生了所有这些山谷。”格劳·加洛夫说,“但火星上有数百个山谷,它们看起来各不相同。如果你从卫星上看地球,你会看到许多山谷:有些是由河流形成的,有些是由冰川形成的,有些是由其它过程形成的,每种类型都有独特的形状。火星也很相似,每个山谷看起来都很不一样,这表明导致它们的形成原因有很多。”

火星上许多山谷与加拿大北极德文岛的冰下通道之间的相似性促使作者进行了比较研究。“德文岛是地球上与火星最相似的地方之一——它是一个寒冷、干燥的极地沙漠。”作者之一、西方大学地球科学系和地球与空间探索研究所的教授戈登·奥辛斯基说。

研究人员总共分析了火星上1万多个山谷,使用一种新的算法来推断它们的潜在侵蚀过程。“这些结果是广泛的冰下侵蚀的第一个证据,它是由火星上一个古老冰原下的融水渠道驱动的、”合著者、UBC地球、海洋和大气科学系的教授Mark Jellinek说,“研究结果表明,只有一小部分山谷网络符合典型的地表水侵蚀模式,这与传统的观点形成了鲜明对比。坦率地说,利用火星表面的地貌学,以一种有统计学意义的方式,严格重建火星的特征和演化,是革命性的。”

格劳·加洛夫的理论还有助于解释,38亿年前,在一颗太阳强度较低的行星上,山谷是如何形成的,且这颗行星比地球离太阳更远。目前在亚利桑那州立大学担任SESE探索博士后的格劳·加洛夫说:“气候模型预测,在山谷网络形成时期,火星的古代气候要凉爽得多。”“我们试图把所有因素综合起来,提出一个从未真正考虑过的假设:水道和山谷网络可以在冰原下形成,作为排水系统的一部分,当水在底部积聚时,就会在冰原下自然形成。”

这些环境也将为火星上可能存在的远古生命提供更好的生存条件。一层冰将提供更多的保护和稳定的地下水,同时在没有磁场的情况下为太阳辐射提供庇护——火星曾经有磁场,但在数十亿年前消失了。

格劳·加洛夫的研究主要集中在火星上,她为这项工作开发的分析工具可以用来发现更多关于我们地球早期历史的信息。Jellinek说,他打算用这些新的算法来分析和探索早期地球历史遗留下来的侵蚀特征。

“目前我们可以精确地重建大约100万到500万年前全球冰川作用的历史。” Jellinek说,“安娜的工作将使我们能够探索冰盖的发展和退化,至少回溯到3500万年前——南极洲的初期,或者更早——远早于我们最古老的冰芯的年代。这些都是非常优雅的分析工具。”

火星山谷网络是在上世纪70年代的“水手9号”任务中首次发现的。这些通常长达4公里宽的分支通道,通常在南部高地延伸数千公里,这是火星上最古老的表面之一。

2015年11月,发表在《行星与空间科学》的一项研究提出,横跨火星南部高地的巨大山谷网络可能是由小得令人吃惊的水量所形成的。布朗大学研究人员说,这些发现与早期火星可能曾经寒冷和冰冷的想法相一致,水偶尔在表面流动,以应对短期气候变化。

“这一分析表明,这些山谷可能是在更短的时间内被较小体积的水侵蚀的。这为我们了解火星早期气候的真正原因提供了指导。”

但两年后,这一结论被推翻了。2017年,由北伊利诺斯大学地理学教授Wei Luo领导的一项新研究计算出了在火星上蚀刻出古代山谷网络所需的水的数量,并得出结论,这颗红色星球的表面曾经有着比以前认为的更多的水。

Wei Luo的这项研究支持了这样一种观点,即火星曾经有更温暖的气候和活跃的水文循环,水从远古海洋蒸发,以降雨的形式返回地表,侵蚀了地球上广泛的山谷网络。

Wei Luo说:“我们对火星河谷网络的整体容量的最保守估计,以及蚀刻这些河谷所需的累积水量,至少比之前的大多数估计高出10倍。”Wei Luo说,蚀刻山谷所需的水量的新估计至少比假设的海洋的体积大一个数量级,是山谷洞穴体积的4000倍。

“这意味着水在火星上的山谷系统中循环了很多次,需要一个巨大的开放水体或海洋来促进这种积极的循环。” Wei Luo说,“我会想象早期的火星和我们在地球上相似——有海洋、湖泊、奔流的河流和雨水。”

但有关远古火星到底是温暖、潮湿还是寒冷、干燥,这样的观点一直很有争议,随着不断有新的证据和新研究的出现,直到今天依旧没有定论。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

原文来源:

https://phys.org/news/2020-08-early-mars-ice-sheets-rivers.html

http://dx.doi.org/10.1038/s41561-020-0618-x

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