NASA洞察号数据揭示：火星地壳深处曾存在巨型岩浆海

IT之家 7 月 1 日消息，洞察美国国家航空航天局（NASA）“洞察号”（InSight）探测器传回的号数最新地震波数据显示，火星地壳深处曾涌动过巨大的据揭浆海深层岩浆海。这一发现有望彻底颠覆人类对火星早期演化历程的示火传统认知。

颠覆认知的星地型岩地下结构

“洞察号”探测到的火星地震信号表明，在地下约 24 公里深处，壳深存在一个由巨型岩浆池形成的处曾存巨岩石层分界面。这一发现不仅揭示了火星内部结构的洞察复杂性，更引发了科学界对行星宜居性的号数重新思考。

牛津大学的据揭浆海乔恩·韦德（Jon Wade）教授在声明中指出：“行星科学的核心课题之一，是示火探讨地球是否是宇宙中的孤例。倘若火星在缺乏板块构造运动的星地型岩前提下，仍能演化出如此复杂的壳深地壳结构，那么生命所需的处曾存巨宜居条件可能在更多行星上出现——包括那些此前因体积过小或看似缺乏地质活动而被排除的星球。”

地球与火星的洞察地质差异

地球的地貌由板块运动塑造：巨大的地壳板块在熔融地幔上方漂移，这种运动不仅引发地震和火山喷发，还创造了新陆地，并通过碳循环（吸收大气中的碳并通过火山喷发释放）调节大气成分。这种持续的物质循环造就了地球极具层次感且复杂的地壳结构。

相比之下，火星属于“滞盖”（stagnant lid）行星，其地壳是一块完整、未破裂的表壳。此前，科学界认为在坚硬表壳之下，直至地表下方 38 公里的地幔处，火星内部结构相当单一。

“洞察号”打破固有认知

NASA 的“洞察号”火星探测器（全称为“通过地震调查、大地测量和热输送进行内部探测”）于 2018 年至 2022 年间在火星表面执行任务。其搭载的高灵敏度地震仪旨在捕捉由陨石撞击或火星内部运动引发的微弱震动。通过分析地震波信号抵达着陆器的路径和特征，科学家得以推测火星的内部结构。

由于地震波在不同密度的岩石中传播速度各异，借助这一特性，“洞察号”在地壳中识别出一个清晰的上下层分界面，但其成因直到近期才被解开。

牛津团队破解岩石谜题

牛津大学研究团队通过地热模型和统计学分析，锁定了与地震数据最吻合的两种岩石类型，并得出以下结论：

• 24 公里深度以上：覆盖着一层富含铁、镁和二氧化硅的厚重铁镁质岩石（基性岩）。
• 24 公里深度以下：分布着密度更高、呈结晶状的超铁镁质岩石（超基性岩）。这种岩石同样含有铁和镁，但严重缺乏二氧化硅，并向下延伸 14 公里，直至抵达地壳与地幔的分界面（莫霍面）。

岩浆分异与“串联”火山系统

上述岩石分布表明，火星岩石经历了显著的“分异作用”：密度较大的物质下沉，留在较轻的铁镁质岩石下方。这种现象仅可能发生在曾深藏于火星地壳巨型空腔中的庞大岩浆池中。

正如油水分离，随着时间的推移，铁镁质和超铁镁质岩石在岩浆中逐渐分层，这一过程被称为分异。随后岩浆冷却凝固，将这些分层永久定格。

研究推测，这些岩浆腔的延伸范围可能达数百甚至数千公里，遍布大半个火星，且各个岩浆池之间互有倾轧、彼此相连。这意味着，火星上像奥林匹斯山和塔尔西斯火山群这样的巨型火山系统，曾经并非孤立的热点，而是在地下深处通过岩浆通道“串联”在一起的复杂网络。

跨地壳岩浆作用与宜居性

这一发现令人惊叹，因为这种“跨地壳岩浆作用”（transcrustal magmatism）此前仅在地球上被发现。它证明了即便火星缺乏板块运动，它依然经历了一定程度的地球化学演化和深层、复杂的火山地质活动。

这种地质活动甚至可能曾为生命创造过宜居环境：
1. 维持温室效应：火山活动能将碳重新喷射回大气层，从而维持温室效应。
2. 对抗大气逃逸：由于火星体积小、引力弱且缺乏磁场，其大气层出了名的“漏气”，大部分大气（包括宝贵的水资源）已逃逸至太空。
3. 气候调节：由互联岩浆腔驱动的大规模火山活动，可以将温室气体源源不断地喷回大气层，使火星大气变厚，从而让温暖的气候维持更长时间。

岩浆来源与南北二分性

那么，这些岩浆源自何处？牛津团队将其归因于火星深层地幔的物质上涌。伴随岩浆上涌，滚滚热浪部分熔化了地壳，催生了更多岩浆。这两种过程在地球的太古宙时期（距今 40 亿至 25 亿年前）均曾发生。在地球上，这些地质运动促进了大陆的形成；然而，火星上缺乏板块运动和大陆的现状表明，这些地质过程在这颗红色星球上并未发育得那么充分。

即便如此，一些模型仍表明，地幔上涌导致了火星著名的“南北二分性”——火星北部主要由低地组成（这里曾可能孕育过大片海洋），而南部则由高地主导。

资源潜力与未来展望

该研究的第一作者托伯莫里·麦凯-钱皮恩（Tobermory Mackay-Champion，现任职于布里斯托大学，此前在牛津大学开展此项研究）表示：“我们过去一直认为，与地球相比，火星的火山活动相对简单。但这项发现表明，火星曾拥有巨大且长寿的岩浆系统，能够使熔融岩石在整个地壳中不断演化和循环再生。”

麦凯-钱皮恩还强调，火星地壳的这种物质重塑过程，可能会将金属矿床带到比此前预期更接近火星表面的地方。

“火星近表面的矿产财富可能远比我们之前想象的要丰富，这将极大地提升未来火星采矿、载人登陆乃至最终建立永久定居点的可行性。”

虽然这对于未来的火星前哨站来说无疑是个好消息，但也引发了一种令人担忧的前景——未来可能会有各大商业公司为了争夺资源，而对这颗红色星球进行掠夺和开发。

IT之家注意到，该研究成果于 6 月 26 日发表在《自然 · 天文学》（Nature Astronomy）杂志上。

(责任编辑：探索)