火星上神秘的岩石可能来自于剧烈的火山过程

火星上神秘的岩石可能来自于剧烈的火山过程

图说:2005年精神号的全景相机 (Pancam)拍摄到古瑟夫陨石坑(Gusev crater)中富含橄榄石的岩层露头。图片来源:NASA/JPL/Cornell/ASU

近几十年来,确认火星的形成和演化历史,一直是火星轨道探测器和漫游车的任务目标。

亚利桑那州立大学Steve Ruff的研究团队,分析了几个火星任务的数据,确认古瑟夫陨石坑和杰泽罗陨石坑(Jezero crater)中,富含橄榄石的岩层,可能是熔接凝灰岩(ignimbrite),熔接凝灰岩一般来自于巨大的火山爆炸式喷发所形成。

此推论如果正确的,将有利于了解火星其他富含橄榄石岩层的区域,这表示火星早期,可能常有火山活动,此研究结果已经发表在《Icarus》期刊。

Ruff 说:「有很多关于尼利槽沟(Nili Fossae)地区(包含杰泽罗陨石坑),大部分区域富含橄榄石岩层的起源之想法,此讨论已经持续了将近20年的时间。」

富含橄榄石和碳酸盐的岩层连结了 16 年前NASA精神号探索的古瑟夫陨石坑,以及2020年毅力号探索的尼利槽沟地区之杰泽罗陨石坑。这两个地方的橄榄石是迄今为止在火星上发现最多的区域。以前没有研究过此类富含橄榄石岩层的成分和形态上之相似性,现在看来,它们的形成方式相似。

橄榄石是一种常见的矽酸盐类矿物,可能来自火星地函中产生的岩浆(同样的过程也发生在地球上),所以火山作用是火星上富含橄榄石岩层是合理的解释。先前的理论表示橄榄石可能由地函剧烈喷发出熔岩流所造成。

火星上神秘的岩石可能来自于剧烈的火山过程

图说:左图是精神号的显微照像仪的马赛克照片,显示了深色对角线排列特征带有火焰状的形状,火焰状可能是扁平的浮石碎片,称为火焰石(fiamme),其中包括浅色晶体(白色长方形),类似右图的地球熔接凝灰岩。暗角部分是来自精神号硬体的影子。两个图像中的白色比例尺代表 1公分。图片来源:NASA/JPL/USGS and Scripps Institution of Oceanography

Ruff和研究团队计划检验一个主要假设:火山灰从火山烟流(volcanic plumes)慢慢地沉积。但是他们的观察揭示了一段更加猛烈的历史。

特别是,Ruff检视了精神号显微照像仪的马赛克照片,并注意到具有不寻常岩理的岩石。Ruff查阅了线上图书馆里面的地球岩石照片,发现一些火山岩的岩理与这些马赛克照片中的岩理非常相似。

这种岩石称为熔接凝灰岩,是地球上已知的巨大火山爆发产生的,当火山灰沉积时,温度还很高,会熔融焊结在一起。岩石内可能含有火山碎屑物和浮石。炽热的火山烟流和几乎熔化的火山灰和浮石在地面上流过数十英里,并在短短几天内沉积成数百英尺厚。炽热的沉积物会在数月或数年内缓慢冷却,这导致了冷缩节理(cooling joints)的裂痕。Ruff在火星上富含橄榄石的岩层发现了明显相似的裂痕,增加了熔接凝灰岩起源的证据。

火星上神秘的岩石可能来自于剧烈的火山过程

图说:左图为假色照片显示火星Nili Fossae地区富含橄榄石的岩层与右图地球上熔接凝灰岩(真彩色)的对比。右图裂痕是冷缩节理,与左图中的非常相似。图片来源:HiRISE/Google Earth

在地球上,熔接凝灰岩在美国西部的黄石国家公园等地被发现。黄石公园大约在210万年前开始从巨大的火山爆发形成,现在火山臼已经被填满。

Ruff 说:「以前没有人将火星上富含橄榄石岩层解释为熔接凝灰岩,这可能是毅力号在过去一年中一直在采样的岩石。」

火星拥有太阳系中最高的火山,熔岩流覆盖了火星的大片区域,理所当然拥有火成岩,但是只有少数几个地方暂时地被建议含有熔接凝灰岩。

根据该研究团队的新发现,有可能在古瑟夫陨石坑和杰泽罗陨石坑中都有熔接凝灰岩。其他富含橄榄石岩层的地点也是熔接凝灰岩候选区域,而且它们似乎都在火星的早期形成,约在最初的十亿年左右。

Ruff 说:「富含橄榄石的岩层对于地球上大多数的熔接凝灰岩来说是不寻常的,但在古老的岩层中存有这种成分。现在有了火星上富含橄榄石的熔接凝灰岩之有力证据,也许表明了发生在行星早期地质演化过程中,富含熔融橄榄石的岩浆,来自于爆炸式喷发之火山活动,这个论述可能要等到毅力号收集的岩石样本,在未来的火星任务被送返地球才能得到验证。(编译/施欣岚)

资料来源:phys.org

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