在金伯利编队拍摄的图像合成。（A）显示了向南看的视图。前景的地层向夏普山的底部倾斜，表明在山的大块形成之前就存在着古老的洼地。（B）是同一砂岩地层以西的视图。（C）是（A）方框所示区域的特写视图，显示了砂岩的粗粒结构。（D）是在（A）中标为“岩石”的区域以北的岩石中的谷物的近距离视图。
加州理工学院（Caltech）最新发表的研究描述了火星上的古老水流和湖泊，以及这对古老气候的意义。
十多年来，我们已经听到了火星探索的口头禅：随波逐流。在2015年10月9日发表在《科学》杂志上的一篇新论文中，火星科学实验室（MSL）小组展示了其寻求不仅追踪水源而且了解水源于何处以及在水中持续了多长时间的最新结果。很久以前在火星表面。
展开的故事是一个湿润的故事：在数十亿年前，火星的大气层似乎比今天还要大，活跃的水圈能够在长寿的湖泊中蓄水。MSL小组得出的结论是，这些水有助于用MSL漫游者好奇号的着陆点Gale Crater填满沉积物，这些沉积物形成了如今位于火山口中部的这座山的基础。
自2012年8月起，好奇心一直在探索大风火山口（Gale Crater），据估计其历史在38亿至36亿年之间。2014年9月中旬，流浪者到达了Aeolis Mons的山麓，这是一座三英里高的分层山，被昵称为“ Mount Sharp”，以纪念已故的加州理工学院的地质学家Robert Sharp。从那以后，好奇心一直在探索这座山的底部。
“流浪者的观察表明，在38亿至33亿年前的某个时间点，存在着一系列长寿命的溪流和湖泊，其沉积物缓慢地积聚了Sharp Sharp的下层，” Ashwin Vasavada（PhD '98 ），MSL项目科学家。他说：“但是，现有的火星古代气候模型并不能预测这一系列的长寿湖泊，而这些模型很难使温度高于冰点。”
地质学家解释说，由古气候学家开发的模型对火星的古老气候的预测与对地球水过去的指示之间的这种不匹配，与一个世纪的科学难题相似-在本例中，是关于地球古老的过去的。
加州理工学院行星与地质科学系主任，加州理工学院弗莱彻·琼斯（Fletcher Jones）地质学教授约翰·格罗辛格（John Grotzinger）解释说，当时，地质学家首先开始认识到大陆的形状相互匹配，就像散落的拼图碎片一样。纸。“除了大陆的形状，地质学家还有古生物学证据表明，非洲和南美的化石动植物密切相关，而且独特的火山岩暗示了共同的空间起源。问题在于，广大的地球科学家无法提出一种物理机制来解释各大洲如何在地球的地幔中耕作并分散开来。似乎不可能。缺少的成分是板块构造，”他说。“以可能类似的方式，我们缺少了有关火星的重要信息。”
当好奇心在大风火山口中跋涉时，它已停止检查众多感兴趣的领域。对所有目标成像，并从其中一些挖出土壤样品；在少数几个地方的岩石上已经钻了样本。这些样本将存放在流动站的机载实验室中。MSL科学家利用这些仪器的数据以及车载摄像机的视觉成像和光谱分析得出了关于该火星区域演变的越来越连贯且引人入胜的故事。
在好奇心降落在火星上之前，科学家们提出大风火山口已经充满了沉积物层。一些假设是“干燥的”，这意味着沉积物是由风吹尘埃和沙土积累的，而另一些假设则关注沉积物层沉积在古代溪流和湖泊中的可能性。来自好奇号公司的最新结果表明，这些潮湿的情况对于夏普山的较低部分是正确的。根据新的分析，山的至少底层的填充主要是由古老的河流和湖泊造成的。
“在穿越大风的过程中，我们注意到了地质模式，在那里我们看到了古代的快速运动的溪流，砾石较粗糙，以及溪流似乎已倒空成死水的地方，” Vasavada说。“预测是，我们应该开始在靠近夏普山的地方看到水沉积的细粒岩石。现在我们已经到了，我们看到了大量堆积的细密泥岩。”地层中的这些粉质层被解释为古老的湖泊沉积物。
加州理工学院地球生物学教授，该论文的合著者伍迪·费舍尔（Woody Fischer）表示：“这些层积细密的泥岩与我们在地球上看到的泥岩非常相似。”“分层的规模（发生在毫米和厘米的规模上）代表了细小沉积物羽流通过立式水体的沉降。这正是我们在代表地球上古老湖泊的岩石中看到的。”泥岩表明存在着以湖泊形式存在的死水，这些死水会保留很长一段时间，并可能在数百至数百万年的时间里反复膨胀和收缩。这些湖泊沉积了沉淀物，这些沉淀物最终形成了这座山的下部。
Grotzinger说：“矛盾的是，今天有一座山曾经是一个盆地，有时充满了水。”“好奇心测量了大约75米的沉积物充填量，但是根据NASA火星侦察轨道器的地图数据和Curiosity相机的图像，看来水传输的沉积物可能已经扩展到了火山口地面至少150-200米，这就相当于长达数百万年的时间，在大风火山口盆地中可能断断续续地存在湖泊，”格罗辛格说。此外，大风火山口中表明与水相互作用的沉积物总厚度可能会更高，甚至可能延伸到火山口底面800米以上，并可能代表着数千万年的历史。
但是沉积在该高度以上的层不需要水作为沉积或改变的媒介。“在800米以上，夏普山没有显示出水合地层的迹象，这就是夏普山形成的大部分。除了干地层，我们还看到了另外4,000米。”格罗辛格（Grottzinger）说。他建议说，火山口历史的这一部分也许是由风尘或风成沉积主导的，正如好奇号所探索的下半部分所想象的那样。这发生在潮湿的时期，使山基得以建立。
缠绵的问题围绕着将沉积物带入火山口的原始水源。为了使地表上存在流动的水，火星的大气层和气候必须比在预定大风火山口强烈的地质活动的时间框架内理论所认为的要厚。岩石记录中存在这种古老而潮湿的气候的证据。但是，目前这种古气候的模型是根据早期大气的质量，成分以及从太阳接收的能量估算得出的，实际上是干燥的。这些模型表明，火星的大气层不可能承受大量的液态水。
然而，在大风火山口发现的岩石记录却提出了另一种情况。格罗辛格说：“无论是降雪还是下雨，都有地质证据表明水分在大风火山口边缘的高处积聚。”就大风火山口而言，至少有一些水是由形成火山口边缘的高地提供的，但是在该地区，地下水的排放（将湿地质学与干燥的古气候预测相协调的标准解释）是不可能的。“大风北部边缘的另一边是北部平原。有些人认为那里有北洋，这是获取所需水分以匹配我们在岩石中看到的水分的一种方式。”但是，准确指出海洋的可能位置并不能解释水如何在很长一段时间内以液体形式存在于地表。
当气候学家尝试开发新的大气模型时，好奇号的不断探索应为我们提供帮助。菲舍尔说：“火星历史还有很多公里值得探索。”他认为，随着好奇心在夏普山（Mount Sharp）上的攀升，一些最令人兴奋的数据可能会在未来几年内出现。“阶层将揭示盖尔的早期历史及其故事。我们知道湖中有沉积在水下的岩石。这些岩石的化学性质是什么？那个湖泊代表了水和大气之间的界面，应该告诉我们有关当时环境的重要信息。”
“我们倾向于认为火星很简单，”格罗辛格补充道。“我们曾经认为地球也很简单。但是，随着研究的深入，就会出现问题，因为您开始迷惑我们在火星上所见到的真实复杂性。现在是重新评估我们所有假设的好时机。某处缺少某些东西。”
出版物：J. P. Grotzinger等人，“火星Gale火山口，古代湖泊沉积物的沉积，发掘和古气候”，《科学》，2015年10月9日：卷350号6257； DOI：10.1126 / science.aac7575
