MRBOSH火星找水工作报告

地学演绎 莫如波 2002.3.

火星曾存在过海洋?

  由于火山喷出或陨星撞击,埋藏于沙尘暴堆积中的水冰(H2O)和干冰(CO2)融化和气化,大量的水和温室气体导致火星曾出现数度持续百万年的占表面积1/3以上的海洋。

  现在火星上的水跑到哪里去了?被沙尘暴堆埋还是被陨星撞飞-进入太空?或由于火星引力小而早已跑往了太空?但火星水在开始聚集的时候为什么不直接进入太空而却还形成海洋呢?在异常冰冷的火星,它就不能以冰海或冰冻土形式保存下来吗?

  如果沙尘暴冻土中还存有大量的水冰和干冰,若用核爆去改造火星,人类移居火星将会成为可能(能持续5万年也行)。

推测火星地貌类型

  覆盖沙尘暴堆积陨击坑稀少的"海盆"平原火星盆地古老的陨击坑(如南半球高地)后期的陨击坑;火山地貌火山锥火山盾古沙尘暴堆积地貌(高地平台)风蚀锯齿崖梳状风成地貌;古沙尘冻土软层泄水崩解塌陷地貌(1)(2);古洪冲海洋地貌(火山融冻土泄水古河道)(1000万年前岩浆融化冰层泄洪地貌)(古河海及风蚀混合成因的三角洲)(河曲)(古入海河曲及泄水塌陷地貌)(古三角洲入海区)("海盆"平原);构造地貌(大峡谷带的线性构造)(火山台地上的线性构造)(线性集束状断裂);沙尘暴冻土地貌冰极冠火星极冠表面高清晰度的火星流水地貌峡谷壁1 2 3 4 5陨击坑壁1-1 1-2 2 3 4 5树网状古河道

  最具意义的是沙尘暴冻土地貌,其规模、分布决定其被利用的价值和以后施放原子弹的位置、密度及当量。

火星极冠

  在火星的南北极存在着冬季形成的季节性极冠,以及长年存在的极冠。季节性的极冠是由大气中的二氧化碳凝结而成,而长年存在的极冠主要是由水冷凝而成。火星北极冠直径1000公里至2000公里,厚度为4公里至6公里,扩展至北纬75度附近。

  南极冠要小得多,直径为300公里至700公里,厚度为一两公里,位置在南纬86度以上。据认为,极冠之下是作为永久冻土的冰层,冰的总量如果折合成水的话,可以覆盖整个火星表面,水深达6米至500米。(中科院-科普)

火星水来源推测

  象地球水的来源一样,推测在46亿年前,在很短的时间内(大概100万年)聚集了与现火星相当的星际物质形成了原始火星,原始火星还是个冷的球体,接着直到40亿年前,火星发生了熔浆作用,导致圈层分化,形成火星核、火星幔和火星壳。推测此过程也是个脱水排气过程,曾形成大量的水和其它气体(如CO2)。约在39.5亿年前,发生了猛烈的陨星轰击事件,月球、火星上密布的陨击坑大都形成于这个时期,过程不排除部分水和大气圈被击飞-进入太空,后来水和大气圈可能在火山喷出中得到部分补充,但强度应远弱于地球。

关于火星海洋及流水地貌

  在火星形成后不久,陨星对火星各部位轰击的机率应是相近的,但现在火星上南半球高地区域,古老的陨击坑密布,而较低势的北半球“海盆”平原和盆地区域,陨击坑稀少,且时代较新,地形平如洋面。平原盆地区显然发生过削高填低的夷平作用和堆积充填作用。这种高地区域与低地区域有别的侵蚀堆积作用不象是风成作用的特征,而更符合于流水作用的特征。火星上分布如此宽阔的平原盆地,推测海洋在火星表面曾经存在过,后来又在火星“海洋”表面发生沙尘堆积。

  如果真的火星曾存在过海洋,确定海洋出现的地质年代就是很重要的事了,如果海洋象以前推测的那样,出现于35-40亿年前,因年代太久远且还存在密集的陨击期,就无法估测那时海洋的水还是否留在火星,如果火星出现海洋才距现在几亿年,火星水保留下来的可能性就非常之大,如果象最近某些猜测的只有1000万年的时间,火星水应该99.9%被保留下来,因为近几亿年,没有足够的事件让火星海洋水跑掉。火星水源应是古老的,但如果火星海洋是年轻的,如形成于几亿年前(据火山新老关系推测),那么,这么大规模的水量,在这漫长的时期,是如何得以潜伏保存下来?既然能漫长地保存,却为什么在出现海洋之后又消失了?

  从火星陨击坑、火山岩、冲洪积地貌接触关系分析,陨击坑年龄>>火山喷发>流水地貌>“海盆”区新陨击坑的年龄,流水地貌的出现象是紧随着四个大的火山喷发之后,火山锥及火山盾陨击坑稀少,推测其较年轻。大量的熔浆侵入和喷溢促使了冰层冻土的融化气化,使水大规模从地下泄出,并汇集成海洋;同时,大量的温室气体使火星表面温度升高,海洋得以维持;过程产生了时间不长的洪水和河流作用(如小于100万年),其侵蚀作用远较地球弱。

  在地球的大陆上,由于有了海洋,海水的蒸发引起了大气的降水,大陆地表绝大部分受到了流水的侵蚀切割,流水地貌几乎遍及大陆。但火星上,流水地貌主要分布于“海盆”平原与高地之间的过渡带,尤其是火山盾西、东、北周边区域,而在南半球陨击坑密布的高地区,流水地貌却分布稀少,这怎么解释呢?

  难道在火星海存在的时候大陆内不曾下雨?水循环仅限于地下与地表之间?则降雪-沙尘冻土→古冻土-岩浆及火山作用→融化-流动-结冰-新沙尘冻土之循环模式,地表及冰之海面蒸发作用比地球弱得多。

  还有一个问题,流水地貌主要分布于火山盾周边区域,但就算当时的火山作用把火山岩区下的冰层冻土全部融化,也不足以形成大面积的海洋,是什么因素触发了其它冰层冻土(如极冠)的融化呢?也许是火星大气CO2含量突破了一个阀门值是一个值得思考的因素?火山喷发及其引起的干冰气化都会使大气CO2含量迅速上升。

火星冰海是否尚在?

  北半球的海盆平原,地形平坦如洋面,古老的陨击坑大部分被后期的堆积所掩埋,见图hsa12 这厚度巨大、范围广阔的堆积物源于何处?又是何种外动力地质作用所为?

  在火星南半球高地区域,古老的陨击坑密布,地形高低起伏,见图hsj02 后期的风蚀风积作用未能把它夷平,古老地貌年龄估计在35亿年以上。这说明,该区域风力或流水的剥蚀搬运作用是较弱的,北半球海盆平原的堆积物就不可能是来自于该区域。

  在火星高地与平原过渡带,地形切割最为强烈,发育规模巨大的风蚀谷、风蚀陡崖、古河道、古入海三角洲等地貌,见图hse06;海区可见被半填埋的陨击坑 见图hsd06,可推测堆积层厚度是巨大的,堆积物源该在过渡带附近。该区域可能是以风成作用为主,风力作用比高地区域强得多,可能发生过短期(如百万年)的冲洪作用和海洋作用。削高填低的外动力地质作用主要发生在过渡带,但其范围和强度似还不足以把整个北部海盆填平。

北半球海盆平原地形平坦如洋面令人费解hse01hsb07 完全是区内的风成削蚀夷平堆积所至?根据风成作用的动力学特性,有点不象。是冲洪削高填低作用及海洋的搬运堆积作用所至?就算火星曾经存在过海洋,但时间短暂,其力度是相当有限的,远较地球弱,当海洋水干涸之后,原地形就会显露出来。一个合理的解释似乎是:火星上还固结着一个冰的海洋(或冰冻土岩层),是由沙尘暴和冰川的刨蚀堆积作用共同造就了一个火星的海盆平原。然而,如果真的存在一个冰冻土之海洋,当后期受到陨星撞击时,冰海必融化,形成流水地貌。尽管陨击坑中小规模的涌水、渗水地貌在 高清晰度的火星表面图片 一页中可见,但大规模的流水地貌未能从海盆新近陨击坑中看到,如hsc10hsa08,一个冰之海洋的存在又难以得到证明。

  "海"区新陨击坑四周普遍发育环形隆凸区是否预示着深部有一个冰冻土软弱层?如图hsa14hsb15hsb13hsb06hsa07等,而这种情况在高地区域老的、新的陨击坑四周都没能看到,如图hsd12hse09hsf01等等。推测其形成机制如图。并推测火星壳浅部的水与冰的分布形态与地球地壳的岩浆房与岩体分布的形态相似,堆积层底部由于温度高可能分布着水层或含水层,在巨大的压力作用下上侵,到达浅部由于温度的降低结成冰层(或冰冻土岩层),形成冰体、冰盘、冰墙、冰脉等,局部在火山岩浆热的作用下喷出地表,在地表形成流水地貌。

  地壳增温层的平均地温梯度为30℃/km,考虑到火星较地球小,热外释作用较地球弱,再考虑到火星表面气温低(平均约-51℃),温差较地球大,如果火星浅壳增温层平均增温梯度取20~25℃/km,火星壳浅部冰-水界面平均埋深则应在2~2.5km左右。

  地下涌水,天上降水 右图火山锥四面均为平原,很少有陨击坑分布,由此推测火山喷发之前这里为“海盆”沉积平原区,这里原先沉积了巨厚的沉积层。火山锥的西北部可见数条规模巨大的干河道,其源头就在火山锥的腰部。其它涌水地貌图片

  火星离太阳比地球远,火星表面的平均温度约为-50℃,一般情况,就算火星表面曾经存在海洋,也不要指望能象地球那样,四季循环地给火星带来降水的滋润,因为较小风浪的火星洋面很快就结成冰面。然而,从火星照片上看,火星上的流水地貌除了地下涌水形成的干河道外,还有树枝状网状汇水河道,如左图 树枝状古河道图,火星应是有过降水的。

  冰冷的火星表面,没有水的蒸发却为什么会有降水?最可能的解释是:火山喷出水蒸汽。由于火星北部海盆平原的沉积层中埋藏了巨厚的冰层,岩浆侵入及火山喷发时,除了导致大量的水涌出地面外,还使大量的水变成了水蒸汽进入大气层,结果就导致了火星大气的降水,形成了树枝状网状汇水地貌。

  最新的火星探测认为,火星北部平原形成于后期的一次超大陨星撞击,是个陨击坑,表层覆盖的是陨击熔浆玄武岩。-2009.1.9

  按目前火星表面的气压环境,水的沸点为4℃,淡水的冰点为0℃,高矿化度盐水的冰点可降到零下20多。淡水冰几乎是不需经过液态就可转变为水蒸气,水只在固态与气态之间变,火星表面不可能存在液态淡水;但火星表面高矿化度的盐水却可在零下温度以液态形式存在。也就是说:按目前气压条件,火星表面只存在零下温度的液态盐水;要液态淡水零上温度的液态盐水存在,火星表面必须有浓厚的大气层、要有一定的大气压,这种情况或许只出现于早于38亿年前。-2009.5.31

章 :
相关火星地质作用与照片浅析高清晰火星图片及地质分析
火星古湖海岸及化学沉积物照片火星上的流水地貌
北部"海盆"平原是否堆埋冰层冻土?

火星发现超大地下湖,-74℃不结冰火星巨大冰湖被发现,科学家观测存在大量液态水火星南极冰下多个高盐水体获确认

MRBOSH火星找水工作报告(2020年续篇)

2020.8.1 火星上发现大量的地下冰冻水。火星地下冰冻水是一种含有高氯酸盐的卤水,“季节性斜坡纹线”是火星表面含有这种液态水的证据,斜坡纹线源于土中高氯酸盐随气温季节性变化而产生的吸水与释水现象。据称高氯酸盐在火星无处不在,最早是2008年的凤凰号发现降落点的土壤组成有2%是高氯酸盐。2004年自己曾追问火星为何是红色的?既然是缺氧环境为何会产生赤铁矿?现在想来应与高氯酸盐这种强氧化剂有关,火星玄武岩富含铁元素,这种氧化剂把铁离子氧化成三价铁。宇宙真是大,想不到还会有富含高氯酸盐氧化剂的星球环境。与地球相比,火星缺乏磁场及浓厚的大气层,土中高氯酸盐的形成应与直接的太阳紫外线辐射有关。含高氯酸盐的尘土可随风飘到火星表面的各个角落。以前研究者认为,火星表面生存着微生物,它们可以像地球的微生物一样,能以高氯酸盐为食,爱丁堡天体生物学家模仿火星环境进行了实验,火星表面存在另外两种成分氧化铁和过氧化氢,其在高氯酸盐和紫外线的共同作用下,杀死细胞的能力比单纯的高氯酸盐提高了11倍。高氯酸盐有剧毒,可直接秒杀生物

2020.8.2 火星北半球乌托邦平原(Utopia Planitia)下探得大量地下冰分析其与东南面的Elysium火山喷发有关:Elysium火山西北面的流水地貌与地球上由降雨形成的树系形态相反,水系应不是由火山喷发引发的降水所形成,很可能是由于岩浆侵入火星壳浅层,溶化了地下冰层引发涌水所致。年代上应与火山喷发同期,由于火星表面气温甚低,从地下涌出的水流没流多远就结冰,地下涌出的水流同时侵蚀及搬运泥砂,泥砂沉积把先前的冰层堆埋并形成地下冰库。根据地下冰层与火山关系,还可以推测其它冰层埋藏地,包括三斑火山东北面海盗一号(Viking 1)着陆点附近一带、奥林匹斯火山锥的西南面、西面等。>>>

2020.8.3 美国地质调查局做的火星地质图判断,火星北半球大平原曾为海洋。地质图上的浅蓝色线条是解译出来的古河道,地势高的南半球、赤道、北低纬地区均有分布,而北半球大平原除了乌托邦(Utopia)平原外,其它区域极少分布。为什么会这样?最合理的解释是,当时的北部平原是海洋,不会形成古河道,而乌托邦平原的古河道是后期海洋干涸后才形成的,形成于Elysium后一火山喷发(Elysium至少有两期喷发,前期形成火山盾,后期形成火山锥)乌托邦平原探得的地下冰亦形成于后一火山喷发。实际上,要证明北部大平原曾为海盆,在平原表面找到“蓝莓果”(铁质结核)即可,海水干涸后必定留下铁质沉积物-赤铁矿或铁的硫酸盐矿物。关于“蓝莓果”,实际趋于土灰色,似乎是二价铁的结核并形成于还原环境,但网搜多认定是赤铁矿Fe2O3,于火星表面数亿年稳定不被风化成铁锈色也支持是Fe2O3而不是二价铁的结核,因此,只能认为原沉积水体属氧化环境,并判断火星古湖水含高氯酸盐,高氯酸盐是强氧化剂,富含高氯酸盐的水在-70℃时还可以是液态而不结冰。

2020.8.4 火星的海洋、湖泊是如何消失的?火星表面的万有引力只有地球表面的38%,连守住分子量大的CO2都有困难,分子量小的H2O就更容易逃逸到太空了,火星海洋、湖泊的消失是迟早的事,只是火山盾形成过程所喷发的H2OCO2等减缓了消失进程或重新激活被冻冰的海洋。火山喷发可直接补充湖海水源,产生的CO2H2O等气体可让大气压增加,提高水的沸点,让水不易气化逃逸;同时,产生的温室效应可让火星表面气温更高,水体不易结冰。但当火山喷发减弱或停止后,就会产生水面气化与水体结冰相竞赛的问题。如果火星气温降得太快,海水、湖水就会快速冰封,火星北部所呈现的大平原就有可能是由冰层充填所致,所有的陨击坑都被填满了。如果火星表面降温相对缓慢,而水面蒸发更快,随着海水湖水发生浓缩,矿化度增大,冰点就会相应降低。矿化度越大冰点越低,尤其富含高氯酸盐的卤水,冰点可降到-70℃。由于成冰的困难,会让更多的海水、湖水蒸发逃逸到太空,只有那些形成冰层后被泥沙堆埋起来的才被保存下来。这样的话,现今埋于火星地下的冰层就只占原来海洋湖盆水体的很少部分,而且都是经蒸发浓缩后残留下来的卤水冰,很可能都富含高氯酸盐。

2020.8.5 火星火山喷发是如何给海洋及湖盆补充水源的?Tarsis-Thaumasia火山盾东面的洪水冲蚀地貌规模大得很夸张,但这样的地貌在火星上并不具普遍性,因此,应不是由降水汇水所引起,推测与火山岩浆侵入古陨击坑埋藏的冰层有关。从位置上,火山盾形成前更古老的“海岸线”大致从水手谷一线经过,水手谷一线的北面很可能存在规模巨大的古老陨击坑,坑内埋藏有巨厚的冰层,Tarsis-Thaumasia火山盾火山喷发时,岩浆侵入地下冰库,巨大的水量涌出火星表面形成洪水。三四千千米长的水手大裂谷应与Tarsis-Thaumasia火山盾同期形成,形成于火星北半球的一次巨型陨星撞击(也有可能由形成Hellas陨击坑的那次撞击引起),撞击引起火星幔上拱,火星壳拉张形成近东西向的大裂谷,但不能排除,水手谷北侧古陨击坑冰层泄水加剧了大裂谷的滑塌拉张。从形貌图上看,奥林匹斯火山锥西北面的滑塌地貌也可能与火山岩浆侵入地下冰层有关。火山喷发与大洪水关系示意图 >>>

2020.8.6 火星曾两度形成海洋 火星形成过程,由于南、北半球撞击不均匀,南半球火星壳厚,撞击力度小,火星壳被撞击至半熔,形成陨击坑密布的高地,而北半球火星壳薄,陨击力度大,火星壳被撞成熔浆海,岩浆冷凝后形成低平的海盆。由于陨块积集胚胎期火星质量小,难以抓住更多的气体,来源于陨块及星际尘埃的水分大部分已逃逸太空,火星成形后最早期的水体主要来自壳、幔、核分化过程的矿物结晶水的释放。早期火星表面CO2等温室气体的浓度很高,气温较高,火星海洋得以维持。但随着温室气体释放减弱及往太空逃逸,火星表面不断地变冷,当水体结冰比水面蒸发来得更快时,就可冻结成冰的海洋。随着火星大气变得稀薄,沸点很低,海洋成冰后也会气化,只有被泥沙堆埋的冰层才能保存下来,更多的冰层气化后露出岩石海床。火星表面有流水的侵蚀、搬运与堆积,主要发生在陨坑高地与平原的过渡带,泥沙堆积主要发生于平原一侧,这些地带的冰层可被泥沙堆埋并保存下来。到了40亿年前,火星已变成一个干燥寒冷缺乏液态水的星球,但高地与平原过渡带埋藏有大量的地下冰层。到了39.5亿年前,太阳系迎来一次重型陨击期,至少有两颗较大的陨星击中北半球低地平原,另有一颗击中南半球高地,重型撞击导致火星幔岩浆上拱及喷出,由此引发:①.岩浆喷发形成大的Tarsis-Thaumasia火山盾及小的Elysium火山盾;②.火星幔上拱火星壳拉张导致水手号大裂谷形成;③.岩浆侵入古陨击坑埋藏的冰层,导致巨量的地下水上涌形成大洪水;④.古陨击坑埋地冰层泄水造成火星表面滑塌,水手号大裂谷进一步张裂拉宽,并造成更多的地下水沿谷底涌出。陨星撞击海盆平原、火山喷发积集温室气体、巨量地下水上涌形成大洪水,火星新的海洋被激活,火星曾两度出现海洋。后来海洋蒸发、水气逃逸、水体浓缩,残留水冰主要埋藏于陨坑高地与平原的过渡带。重型轰击是一次过事件,但造成较强的岩浆活动、火山喷发后延至大约30亿年前,火星上的水体也断断续续地后延至大约30亿年前。考虑到火星有水体时处于氧化环境,判断埋冰具有高矿化度且富含高氯酸盐。或者在火星极地干冰层底下存在大气凝结成因的淡水冰。含高氯酸盐的卤水的冰点可远低于0℃,但高氯酸盐会氧化分解有机质,让有机生命无法存在