火星可能曾经充满了岩浆海洋，使这颗红色星球宜居

美国宇航局“洞察号”任务的地震测量表明，火星地壳内曾经翻涌流动着巨大的岩浆海洋。

“洞察号”探测到的火星震显示，在15英里（24公里）深处，两种由巨大岩浆池形成的不同岩石之间存在着一个分界面。这些岩浆池的存在可能会彻底颠覆我们此前对火星早期演化的认识。

科学家表示，这一发现有可能改变我们对火星历史的了解。牛津大学的乔恩·韦德在一份声明中说：“行星科学中的重大问题之一是，地球是不是独一无二的。如果火星能在没有板块构造的情况下形成这种复杂的地壳，那么也许适合生命存在的条件可以在比我们意识到的更多行星上出现，包括那些此前因体积大小或明显缺乏构造活动而被认为不可能的行星。”

地球的地貌是由板块构造塑造的，即地球地壳的巨大板块在熔融地幔之上移动，这种移动会引发地震和火山活动，但也通过将碳从大气中吸收、再经由火山喷发释放出来，从而创造新的陆地并调节大气中的碳含量。这种持续不断的循环改造，形成了层次分明、相当复杂的地壳。

然而，但一直没有令人信服的证据表明，这颗红色星球曾经有过板块构造。相反，它属于我们所说的“停滞盖层”行星，即整个地壳是一整块没有断裂的岩石层。在这个坚固盖层之下，一直到火星表面以下23.6英里（38公里）处的地幔，曾被认为成分相当均匀。

但美国宇航局的InSight（利用地震调查、大地测量和热传输进行内部勘探）任务在2018年至2022年期间在火星表面运行，对此展开了检验。InSight的地震仪用来探测陨石撞击或火星内部变化引发的火星地震。这些震动会在火星内部传播，InSight可以根据它们如何到达着陆器来了解这颗红色星球的内部结构。

由于这些震动在不同类型的岩石中以不同的速度穿过火星内部，InSight发现了两层地壳之间的边界，但其成因直到现在才得到解释。

牛津大学的研究人员着手解开这个谜题。利用地热模型和统计数据，牛津团队确定了与地震数据最匹配的两种岩石。他们得出结论：在15英里（24公里）以上深处，有一层厚厚的镁铁质岩石，富含铁、镁和二氧化硅。在这个深度以下是密度更大的结晶超镁铁质岩石，含有铁和镁但缺乏二氧化硅，再往下延伸8.7英里（14公里），直到地壳与地幔的交界处。

岩石似乎发生了分异——密度更大的物质沉降到了较轻的镁铁质岩石下方。这种情况只可能发生在火星地壳内曾经存在的大型岩浆囊中。就像油从水中分离一样，镁铁质和超镁铁质岩石随着时间的推移而分离，这一过程称为分异，随后岩浆冷却，使这些岩层固化定型。

这些岩浆囊可能在火星内部延伸数百甚至数千公里，彼此相连。火星上的巨型火山系统，如奥林帕斯山和塔尔西斯火山群，并非孤立的火山热区，而是在地表之下相互连通。

这一点挺出乎意料的——这种“穿地壳岩浆作用”此前只在地球上发现过。这表明，尽管火星缺乏板块构造，它仍可能经历了一定程度的地球化学演化以及深部而复杂的地质活动。

这种地质活动甚至可能通过将碳重新喷回大气层来维持温室效应，从而支撑宜居环境。由于火星体积小、引力低且缺乏磁场，火星大气层是出了名的留不住，在其历史中，大部分大气——包括大量珍贵的水资源——已逃逸到太空中。

由相互连通的岩浆房驱动的大规模火山活动，可能把温室气体重新喷回大气层，让火星大气层变厚，从而更长时间保持温暖。

但岩浆从何而来？牛津团队将原因归结为火星深部地幔的上涌，岩浆上涌的同时也带来了热浪，使地壳部分熔融，产生了更多岩浆。这两种过程在地球上的太古宙时期（距今40亿至25亿年前）都曾发生过。在地球上，这些过程促成了大陆的形成，尽管火星缺乏板块构造和大陆，这表明这些过程在火星上不如在地球上那么发达。

即便如此，一些模型表明，地幔上涌促成了火星南北两半球的截然不同——北部主要为低地，可能曾有利于形成一片广阔的海洋，而南部则以高地为主。

“我们传统上认为火星上的火山活动与地球相比相对简单，但这一发现表明，这颗行星可能维持着大规模、长期存在的岩浆系统，能够对整个地壳中的熔融岩石进行演化和再加工，”该研究的第一作者托伯莫里·麦凯-钱皮恩说道。他研究期间在牛津大学，现在在布里斯托大学。

麦凯-钱皮恩还强调，火星地壳的这种再加工可能使金属矿床留在了比此前认为更接近地表的位置。

“火星可能拥有比先前认知中多得多的近地表矿物资源，这提升了未来在火星上采矿、执行载人任务乃至最终建立永久定居点的可能性，”Mackay-Champion表示。

尽管这无疑对未来在火星上建立前哨基地很有用，但这也确实让人担心，企业会不会对这颗红色星球进行掠夺式开采。

这项研究结果于6月26日发表在《自然天文学》上。