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，美国国家航空航天局（NASA）“洞察号”（InSight）探测器传回的地震波数据显示，火星地壳深处曾经涌动着巨大的深层岩浆海。

“洞察号”探测到的火星地震表明，在地下 24 公里深处，存在一个由巨型岩浆池形成的两种不同岩石层之间的分界面。这些岩浆池的存在，可能会彻底颠覆我们过去对火星早期演化历程的认知。

科学家们表示，这一发现已经开始改变我们对火星历史的了解。牛津大学的乔恩 · 韦德（Jon Wade）在一份声明中指出：“行星科学的核心课题之一，就是探讨地球是否是宇宙中的孤例。倘若火星在不存在板块构造运动的前提下，就能演化出如此复杂的地壳结构，那么生命所需的宜居条件可能在更多行星上出现，包括那些此前因体积太小或看似没有地质活动而被排除的星球。”

地球的地貌是由板块运动塑造的：巨大的地壳板块在熔融的地幔上方漂移，这种运动不仅引发了地震和火山喷发，还创造了新的陆地，并通过吸收大气中的碳再通过火山喷发释放出来，从而调节大气中的碳含量。这种源源不断的物质循环，造就了地球极具层次感且相当复杂的地球地壳。

然而，目前还没有确凿的证据表明这颗红色星球曾有过板块运动。相反，火星属于所谓的“滞盖”（stagnant lid）行星，也就是说，它的整个地壳是一块完整、不曾破裂的表壳。在这一坚硬的表壳之下，直到火星表面下方 38 公里的地幔处，此前一直被认为结构相当单一。

但 NASA 的“洞察号”火星探测器（其全称为“通过地震调查、大地测量和热输送进行内部探测”）打破了这一固有认知。该探测器于 2018 年至 2022 年间在火星表面开展探测任务，其搭载的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。这些地震波在火星内部回荡，而“洞察号”则可以通过分析这些信号抵达着陆器的方式，来推测这颗红色星球的内部结构。

由于地震波在穿过不同类型的岩石时速度各异，借助这一特性，“洞察号”在地壳中发现了一个清晰的上下层分界面，但其形成原因直到现在才被解开。

牛津大学的研究团队承担了这一攻坚任务。通过地热模型和统计学分析，牛津团队锁定了两种与地震数据最为吻合的岩石类型。他们得出结论：在 24 公里深度以上，是一层富含铁、镁和二氧化硅的厚重铁镁质岩石（基性岩）；而在这一深度以下，则是密度更高、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，并继续向下延伸 14 公里，直至抵达地壳与地幔的分界面（莫霍面）。

这表明火星的岩石发生了“分异作用”，密度较大的物质下沉，留在了较轻的铁镁质岩石下方。这种情况只可能发生在曾深藏于火星地壳巨型空腔中的庞大岩浆池里。就像油水分离一样，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，将这些分层永远地定格了下来。

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，曾经并不是孤立的热点，而是在地下深处“串联”在一起的通络。

这一发现令人惊叹，因为这种“跨地壳岩浆作用”（transcrustal magmatism）此前只在地球上被发现过。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：它能将碳重新喷射回大气层，从而维持温室效应。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”。在火星的历史上，它的大部分大气（包括大量宝贵的水资源）都已经逃逸到了太空。

而由互联岩浆腔驱动的大规模火山活动，可以将温室气体重新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。

那么，这些岩浆又是从哪里来的呢？牛津团队将其归咎于火星深层地幔的物质上涌。伴随着岩浆的上涌，滚滚热浪部分熔化了地壳，催生出了更多的岩浆。这两种过程在地球的太古宙时期（距今 40 亿至 25 亿年前）都曾发生过。在地球上，这些地质运动促进了大陆的形成；不过，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。

“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，”该研究的第一作者托伯莫里 · 麦凯-钱皮恩（Tobermory Mackay-Champion）表示。他此前在牛津大学开展此项研究，现任职于布里斯托大学。

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。

麦凯-钱皮恩说：“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。