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翻译：蔡贺菁
校对：王婧彧 申振宇
审阅：李宜骅
美编：毫秒
原文链接：https://www.sciencealert.com/curiosity-finds-first-in-situ-evidence-of-carbon-cycle-on-ancient-mars
好奇号的数据显示，在“红杉”钻探点发现了大量菱铁矿。
来源：NASA/JPL-Caltech/MSSS
在盖尔环形山中意外发现了火星气候历史之谜中缺失的一部分。
好奇号探测车在那里的基岩中发现了一种叫做菱铁矿的矿物，这种矿物只能由火星大气中的碳沉淀形成。换句话说，数十亿年前，火星的碳循环非常活跃。
这是火星上碳循环的首个原位证据，也是关于这颗红色星球是否曾经孕育过生命的重要线索。
加拿大卡尔加里大学的地球化学家本杰明-图托洛说：“它告诉我们，这颗行星曾经适宜居住，而且关于其宜居性的模型是正确的。”
关于远古火星的最大问题之一是水的存在与否。所有证据都表明，火星表面曾经有丰富的液态水体，他们形成了湖泊和海洋，水浪不停地翻滚着，拍打着，并一波又一波地冲击着海岸线。
为了保持足够温暖和稳定以维持液态水，火星的大气需要大量的二氧化碳，这些二氧化碳是火星表面曾经肆虐的活火山喷出的。
这些二氧化碳大部分都会泄漏到太空中，但仍有足够的二氧化碳可以留在火星上使火星变暖，并在火星表面的矿物质中留下痕迹。
但是仍存在一个小问题。
图托洛表示：“根据模型预测，碳酸盐矿物应该很普遍，但迄今为止，火星车的调查和卫星的火星表面轨道勘测几乎没有发现它们存在的证据。”
盖尔陨石坑中的乌巴哈拉钻探点。
来源:NASA/JPL-Caltech/MSSS
这一令人震惊的新发现来源于2022年和2023年收集的数据。当时，在盖尔陨石坑附近已经工作了10多年的好奇号火星车利用其化学和矿物学仪器对陨石坑底部不同部位的矿物进行了X射线衍射分析。
图托洛和他的同事们仔细分析了好奇号的测量结果，并在好奇号钻探的四个钻孔中的三个发现了纯度极高的菱铁矿晶体。这些菱铁矿主要由铁和三氧化二碳组成，还含有微量的镁，这让研究人员震惊不已。
图托洛说：“我们很惊讶能在这里发现碳酸盐矿物，因为即使是对在这些沉积岩上获得的轨道光谱数据进行最详细的调查，也未曾识别出碳酸盐矿物。”
“事实证明，其他矿物——特别是高水溶性硫酸镁盐——的存在很可能掩盖了轨道数据中碳酸盐矿物的特征。由于在全火星范围内都发现了含有这些盐类的类似岩石，我们推断它们也可能含有丰富的碳酸盐矿物。”
盖尔陨石坑中的塔波-卡帕罗钻探点。
来源：NASA/JPL-Caltech/MSSS
因此，这一发现不仅最终找到了科学家们期望找到的碳酸盐矿物，而且还揭示了科学家们以前无法找到它们的原因，以及如何在这颗红色星球上寻找更多的碳酸盐矿物。
好奇号数据中发现的菱铁矿有助于证实和完善火星早期温暖时期（35 亿多年前）的模型。它证实了火星大气中二氧化碳含量丰富，有助于使火星保持足够的温度，从而产生水；同时也证实了碳是从大气中提取出来并被困在地表矿物中的。
不过，菱铁矿的形成虽然对今天研究火星的科学家来说是个好消息，但对火星本身来说却是一个时代终结的一部分。
“我们在这项研究中概述的古代火星碳循环的重要特征是它是不平衡的。换句话说，封存在岩石中的二氧化碳似乎远远多于随后释放回大气中的二氧化碳。”图托洛解释说。
由于火星距离太阳比地球更远，它需要大气中更多的二氧化碳来维持适宜居住的条件。地球化学过程捕获并封存二氧化碳的观察结果表明，这种不平衡的碳循环可能对火星保持宜居的能力提出了挑战。
研究小组提出的古火星碳循环示意图。
来源：图托洛等人，《科学进展》，2025 年
这些结果有几方面的意义。既然科学家们知道轨道仪器实际上是看不见菱铁矿的，他们就可以回顾以前的数据，寻找他们可能忽略但实际上存在菱铁矿的数据线索。此外，火星车收集的数据可能会有更多碳酸盐矿物的证据。
既然研究人员已经知道火星上发生了矿物碳封存，他们就可以将这些信息纳入火星气候历史的模型中，并确定这种捕获在火星宜居性下降的过程中扮演了什么角色（如果有的话）。
这些在地球上如此普通和不起眼的矿物，为我们了解火星开辟了一条全新的道路。
“我是一名水地球化学专家，迄今为止，我职业生涯的大部分时间都在研究碳封存，以此作为人类导致的气候变化的解决方案。在与火星科学实验室团队才华横溢的专家们一起工作时，我最终能够运用从气候变化解决方案工作中获得的知识来解释这些矿物学观测结果。”图托洛说。“坦率地说，如果你在我15岁时告诉我这一切，我绝对不会相信！”
这些发现已发表在《科学进展》（Science Advances）上。
责任编辑：杨伯顺
牧夫新媒体编辑部
『天文湿刻』 牧夫出品
微信公众号：astronomycn
这张艺术家的渲染图显示了根据今天的地形，远古火星上的海洋可能是什么样子的。
来源：NASA/MAVEN/月球和行星研究所
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