▲火星地下可燃冰的稳定性演化研究获进展（视频由AI生成）

甲烷被认为是未来火星资源开发和原位能源利用的潜在资源。可燃冰（甲烷水合物）是甲烷在火星地下的固态储存载体，也是研究火星地下环境演化的重要研究对象。

近日，中国科学院地质与地球物理研究所研究团队综合分析了包括“祝融号”火星车采集的数据在内的多个火星地层数据，系统研究了火星地下可燃冰的稳定性演化及其对火星大气甲烷浓度变化的影响，为解释火星甲烷浓度周期性波动提供了新的科学思路。

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可燃冰的双层保存结构

研究人员建立了包含过渡层、含冰风化层及深部玄武岩层的二维火星地下结构模型，推测火星浅层可能广泛存在由盐分迁移形成的低渗透性气体封闭层。

这种封闭层能够有效阻止地下甲烷向地表快速逸散，同时为甲烷水合物的稳定保存提供必要的压力条件。

封闭层的存在，将火星地下分成了浅层次生可燃冰层与深层主体可燃冰层共同存在的双层结构。

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地层改变可燃冰演化

研究人员发现，随着火星季节变化，浅层和深层中的可燃冰表现出明显不同的演化特征。

在春夏季节，随着火星表面温度升高，浅层次生可燃冰发生分解并释放甲烷气体，并于夏末达到释放峰值；与此同时，地下气体受热膨胀导致压力升高，促进深层可燃冰顶部区域进一步富集。

进入秋冬季节后，表面温度下降，浅层区域重新形成次生可燃冰，而深层区域则因压力降低出现部分可燃冰分解现象。

研究表明，浅层可燃冰主要受温度变化控制，而深部可燃冰则主要受到压力变化影响，形成了“浅层温控、深层压控”的协同演化模式。这种温度与压力共同作用的机制驱动了地下可燃冰的季节性循环。

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▲火星浅层可燃冰的季节性演化模型图

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甲烷循环

进一步研究发现，浅层可燃冰会根据四季的变化分解与形成甲烷气体，部分甲烷气体会释放到火星大气中，导致甲烷浓度变化。

研究表明，大气甲烷浓度自春季开始逐渐升高，并在夏末达到峰值，随后于秋冬季节下降。该变化趋势对此前“好奇号”火星车在盖尔陨石坑观测到的甲烷浓度季节变化特征，提供了一种可能性解释。

该研究成果构建了受气体封闭层控制的火星浅层可燃冰季节性演化框架，为理解火星甲烷异常现象提供了新的解释，也为未来火星资源开发和原位能源利用研究提供了重要参考。

来源：中国科学院地质与地球物理研究所

责任编辑：宋同舟