最近一项比较地球和火星土壤的研究表明，火星的历史气候是寒冷的亚北极气候，类似于纽芬兰。这项研究的重点是盖尔陨石坑土壤中的无定形物质，这些物质可能是在近乎冰冻的条件下保存下来的，为了解火星的环境条件和生命存在的可能性提供了新的视角。
几十年来，火星是否曾经孕育生命的问题一直吸引着科学家和公众的想象力。这一发现的核心是深入了解地球邻居火星过去的气候：这颗行星是否温暖潮湿，拥有与我们地球上相似的海洋和河流？还是寒冷而冰冷，因此可能不那么容易支持我们所知的生命？
一项新的研究发现，火星上的土壤与加拿大纽芬兰的土壤有相似之处，都属于寒冷的亚北极气候。
从美国宇航局好奇号漫游车看到的盖尔陨石坑边缘和坑底。图片来源：NASA/JPL-Caltech
这项研究发表在7月7日的《通讯地球与环境》（Communications Earth and Environment）杂志上， 研究人员在地球上寻找与火星盖尔环形山具有相似物质的土壤。科学家经常利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。进一步了解这些物质是如何形成的，有助于回答有关这颗红色星球历史条件的长期问题。盖尔陨石坑的土壤和岩石提供了 30 亿年至 40 亿年前火星气候的记录，当时火星上的水量相对丰富--这也是地球上首次出现生命的时期。
"盖尔陨石坑是一个古湖床--显然曾经有水存在。但水存在时的环境条件如何呢？"现就职于 DRI 的土壤学家和地貌学家安东尼-费尔德曼（Anthony Feldman）说。"我们永远也不可能找到与火星表面直接类似的东西，因为火星和地球的条件差别太大了。但我们可以研究地球条件下的趋势，并利用这些趋势尝试推断火星问题。"
纽芬兰台地的研究地点。图片来源：Anthony Feldman/DRI
美国国家航空航天局的好奇号漫游车自2011 年以来一直在调查盖尔陨石坑，并发现了大量被称为"X 射线无定形物质"的土壤材料。土壤中的这些成分缺乏矿物所特有的典型重复原子结构，因此不容易用 X 射线衍射等传统技术进行表征。例如，当 X 射线射向钻石等晶体材料时，X 射线会根据矿物的内部结构以特征角度散射。然而，X 射线无定形材料不会产生这些特征"指纹"。好奇号漫游车使用这种 X 射线衍射方法证明，在盖尔陨石坑测试的土壤和岩石样本中，X 射线无定形材料占 15% 到 73%。
"你可以把 X 射线无定形材料想象成果冻，"费尔德曼说。"它是由不同的元素和化学物质组成的汤，它们只是相互滑过而已"。
"好奇号"漫游车还对土壤和岩石样本进行了化学分析，发现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。揭示更多关于这些神秘物质是如何形成并在地球上持续存在的信息，将有助于回答关于这颗红色星球的长期问题。
费尔德曼和他的同事们走访了三个地方寻找类似的 X 射线无定形物质：纽芬兰格罗斯莫恩国家公园的台地、加利福尼亚州北部的克拉马斯山脉和内华达州西部。研究人员预计，这三个地点的蛇纹石土壤在化学性质上与盖尔陨石坑的 X 射线无定形物质相似：富含铁和硅，但缺乏铝。这三个地点还提供了一定范围的降雨、降雪和温度，有助于深入了解产生无定形物质并促进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对土壤进行了检查，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物质在化学性质上与盖尔陨石坑中发现的物质相似，但同样缺乏晶体结构。而加利福尼亚州和内华达州等气候温暖地区的土壤则不然。
费尔德曼说："这表明，需要有水才能形成这些材料。但需要在寒冷、接近冰点的年平均温度条件下，才能保存土壤中的无定形物质"。
无定形材料通常被认为是相对不稳定的，这意味着在原子层面上，原子还没有组织成最终的、结晶的形式。费尔德曼说："在动力学或反应速度方面，有某种东西正在减缓反应速度，从而使这些材料能够在地质时间尺度上保存下来。我们认为，非常寒冷、接近冰点的条件是使这些材料得以形成和保存的一个特殊动力学限制因素。"
这项研究增进了我们对火星气候的了解。研究结果表明，盖尔陨石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。
编译自/ScitechDaily
DOI: 10.1038/s43247-024-01495-4
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