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有一块古老的玻璃竟还藏着火星有水的秘密?

有这样一块古老硬币大小的玻璃、矿物和岩石,厚度和羊毛纤维相差无几。这是一块火星陨石,被称为西北非洲7034或黑美人,它是由巨大的撞击,将火星地壳的不同部分粘合在一起形成。

有这样一块古老硬币大小的玻璃、矿物和岩石,厚度和羊毛纤维相差无几。这是一块火星陨石,被称为西北非洲7034或黑美人,它是由巨大的撞击,将火星地壳的不同部分粘合在一起形成。巴恩斯是亚利桑那大学卫星和行星实验室的行星科学助理教授,她和研究团队对黑美人陨石和著名的艾伦山84001陨石进行了化学分析以重建火星的水资源历史和行星起源。

有一块古老的玻璃竟还藏着火星有水的秘密?

然而在20世纪90年代,这两块陨石因据称含有火星微生物而备受争议。其研究成果发表在《自然地球科学》期刊上,研究分析表明:火星在其历史早期可能从至少两个截然不同的来源获得了水。研究人员发现的可变性意味着,与地球不同的是,火星从来没有完全包围火星的岩浆海洋。火星内部这两种不同的水源,可能会告诉我们一些关于可以聚合成内部岩石行星物体种类的信息。

解读火星水

两个截然不同、含水量大不相同的行星体可能会相撞,永远不会完全混合。这一背景对于理解火星过去的宜居性和天体生物学也很重要。很多科学家一直在试图弄清火星的水资源历史,比如,水是从哪里来的?它在火星的外壳(表面)有多长时间?火星内部的水是从哪里来的?水能告诉我们火星是如何形成和演化的吗?研究团队通过寻找氢的两同位素的线索,能够拼凑出火星的水历史。

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一个氢同位素在其原子核中含有一个质子,被称为“轻氢”。另一种同位素叫做氘,它在原子核中含有一个质子和一个中子,被称为“重氢”。这两种氢同位素的比例向行星科学家发出信号,告诉他们在岩石、矿物和玻璃中发现水的过程和可能的来源。大约20年来,研究人员一直在记录火星陨石的同位素比率,数据到处都是似乎没有什么趋势。

陨石之谜

锁定在地球岩石中的水是所谓的普通水,这意味着它不会偏离海水的标准参考值,即重氢与轻氢的比例为1:6420。另一方面,火星大气层是严重分馏的,即它主要由氘或重氢组成,很可能是因为太阳风带走了轻氢。来自火星陨石的测量覆盖了地球和火星大气测量之间的差异(其中许多是由撞击事件从火星深处撞击出来的),研究团队开始研究火星地壳的氢同位素组成。

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特别是通过研究来自火星地壳的样本:黑美人陨石和艾伦山陨石。“黑美人”特别有用,因为它是火星历史上许多不同时期表面材料的混合体。这让科学家对火星几十亿年来的地壳形成有了一个概念。陨石样本的同位素比值落在地球岩石和火星大气之间,当研究人员的发现与之前研究(包括好奇号火星车的研究结果)进行比较时,似乎火星40亿多年历史中的大部分都是这样的。

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研究团队在努力解释为什么地壳看起来与火星地幔如此不同,火星地幔是后来在下面的岩石。如果试图解释火星地壳这个相当恒定的同位素比率,不能用大气来解释这一点。但知道地壳是如何形成的,它们是由内部凝固在表面的熔融物质形成。在研究人员开始这项工作之前,普遍的假设是火星内部更像地球,更完整,因此火星样本中氢同位素比率的变化要么是由于陆地污染,要么是因为它离开火星时受到了大气注入。

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火星内部成分与地球相似的想法,来自对火星陨石的一项研究,该陨石被认为起源于地幔,即行星核心和表面地壳之间的内部。然而,火星陨石基本上到处都是,所以试图弄清楚这些样本实际上告诉我们关于火星地幔中水的信息在历史上一直是一个挑战。关于地壳数据如此不同的事实,仔细审查了这些数据,发现,两种地球化学上不同类型的火星火山岩(富集型雪戈特岩和贫化型雪戈特岩)含有不同氢同位素比率的水。

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研究发现,富集型雪戈特岩比贫化的雪戈特岩含有更多的氘,后者更像地球。事实证明,如果将这两种雪戈特矿中不同比例的氢混合在一起,就可以得到地壳的信息。研究人员认为,雪戈提岩记录了火星内两个不同氢的特征,这种明显的差异显示出,可能有不止一个来源为火星提供了水。

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