为何说火星上曾经存在过海洋和湖泊？

肖龙

火星现在是一个冰冷的沙漠星球，那么为何说它曾经也有湖泊和海洋？我们知道火星是与地球相邻的4个类地行星之一，也是太阳系里边与地球最为相似的行星。如今的火星是一个寒冷干旱的沙漠星球，火星表面的平均温度只有零下63度，而且火星稀薄的大气是以二氧化碳为主要成分，它的表面的大气压还不及地球的表面大气压的1%。那么在这样的温度和气压条件下，暴露在外的固态水冰也会直接升华为水蒸气，因此液态水在火星表面几乎是无法稳定存在的，而流水活动就更为罕见了。

虽然如今的火星是一个寒冷的严酷的沙漠星球，近来的许多研究却表明早期的火星或许有着与现在截然不同的面貌。数10亿年之前的火星可能与当时的地球一样，是有着丰沛的降水、具有河流湖泊，甚至有广阔海洋的，而且很可能也适于生命的产生。那么这一说法有什么依据呢？对火星早期重度流水地貌的存在，最显著的证据是来源于各大火星探测器所获得的火星表面的影像。那么早在1970年的时候，水手9号作为第一个成功环绕火星的探测器，就在火星表面拍摄到了类似地球峡谷和干涸的河床的这样一些地貌。随后1975年发射的海盗一号和海盗二号都获得了更为清晰的火星全球影像，发现有很多类似地球上的峡谷网的这样一些地貌，而且在火星表面广泛的分布。这一系列的探测结果也引发了人们对火星地貌的成因的这样一个探索的热潮。那么科学家通过与地球的类比结合探测器所获得的火星物理参数以及大气观测数据，认为这些类似峡谷网的地貌最有可能就是由火星表面的液态水的活动而形成的。从20世纪末至今，一系列的火星环绕探测器已经获得了大量的高分辨率的遥感影像和光谱数据，进一步为火星早期流水活动提供了证据，同时也促进了火星古湖泊、大型外流河道等其它水城地貌的发现，并且引发了关于火星北部古大洋存在的这样一个假设和论证。

火星表面有流水冲刷形成的地貌和含水矿物的发现为早期流水环境提供了直系证据：火星的峡谷网和地球表面的河流水系非常相似，它们的长度可以达到1000公里以上，深度可以深达500到200米。同时火星的峡谷网的整体形态比地球的大型河流更为简单，这些峡谷大部分是分布在火星的南半球，在年轻的北半球平原地区，则难寻踪迹。那么结合通过撞击坑密度推断的这样一个火星表明年龄，科学家发现这些峡谷网大致形成于距今37亿年之前，而另外一些外流河道，形成它们的时间会更晚，往往具有更少的支流和更顺直的河道，甚至甚至于可达数千米，被认为是有爆发性的洪水冲刷所形成的。那么其中最著名的水手峡谷就是火星上规模最大

也是最典型的外流渠道之一，同时由于水和岩石的相互作用，还形成了一些含水矿物，对含水矿物的存在，也为火星早期有液态水环境的存在提供了一个有力的证据。

那么除了这些河道和古网之外，当水在低洼处汇集的时候，它自然会形成湖泊。那么前面也做了很多的研究，那么我们判别火星古湖泊的标志主要有这么几个方面：一个是要有与峡谷网联通的这样一个洼地；同时里面还要有三角洲冲击扇等等这样一些沉积地貌来共同指示古湖泊的存在。目前在火星表面已经发现了几百个古湖泊盆地，那么它们主要分布在火星的古老的南部高原上。这是由于这些地方有大量的峡谷和外流河道都提供水源，这些广泛分布的古湖泊内还保证了从早期沉积到后期改造的全部的地质记录，是我们研究火星地质演化的一个非常好的窗口，也是火星生命探测最热的区域。

除了这些直径几十到几百公里的古湖泊之外，另外还有一个大胆且引人注目的假设：火星的北部平原曾经可能有一个古大洋的存在。那么火星的地貌地形是北低南高，那么在这个北低南高的二分线附近，存在着大量的峡谷网和古湖泊，这也为古大洋的猜想提供了一个证据。那么巨大的外流渠道从南部高原流向北部平原地区，是有可能形成这样一个大的海洋的。另外很多的科学家还在南北分界线附近发现了一些疑似古海岸线的这样一些证据，甚至于还有一些海啸冲刷所形成的沉积地貌。而北部平原的底部还发现了大型的一些多边形的构造，那么这些独特的地貌可能就是海洋盆地存在的一个证据。当然尽管有着上述种种的地质证据有关火星古大洋的范围、存续的时间和演化过程等等仍然谜团重重。那么就在2021年的5月份，我们国家的天问一号带去的祝融号火星车以及成功着陆于火星乌托邦平原的南部区域，那么这个区域恰恰就是假设中的古海岸线的一个附近，我们也期待祝融号能够为破解火星古大洋的秘团提供线索；为我们更加深入的认识火星的水城地貌，探明火星的环境演化过程提供一个证据；甚至于帮助我们来分析火星是不是适宜于生命的形成和演化提供新的认识。

审核：赵宇鴳 中国科学院地球化学研究所火星表面过程与环境演化 副研究员

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