自然知闻之十五火星盖尔陨石坑沉积物成分分

现在的火星是一颗看起来没有生机的行星，考虑到火星和地球与太阳的距离以及物理属性的近似，人们认为火星在形成后一段时间内保持着与地球非常相似的地理环境。那时的火星表面被认为存在相当量的液态水，火山活动也很活跃。现如今，火星表面只留下过去存在液态水和火山活动的痕迹，而通过分析火星表面的物质，可以推测过去火星的环境。

年8月6日，美国宇航局（NASA）的好奇号火星车降落在火星埃律西昂平原（ElysiumPlain）上一处被称为盖尔（Gale）的陨石坑。盖尔陨石坑在38亿年前形成后，曾经一段时间内被认为是一个充满水的湖泊。因此，为了寻找火星存在液态水时代的地质学证据，盖尔陨石坑成为好奇号火星车的着陆地点。年，在发现10亿年之前的盖尔陨石坑可能存在液态水证据的前提下，好奇号火星车挖掘了盖尔陨石坑的沉积物并分析了沉积物含有的矿物成分。

好奇号火星车挖掘现场

令人意外的是，在沉积物中发现含有一种被称为鳞石英（Tridymite）的矿物，其最大重量百分比为15.6w%，在沉积物中所占比重相当高。

鳞石英是以二氧化硅为主要成分的一种矿物，与一般的石英组成相同，但是生成的环境条件不同。鳞石英的生成环境条件有两个：℃-℃的高温；富含硅酸盐的长英质岩浆。在地球上，长英质岩浆的火山，诸如圣海伦斯火山等，伴随着爆发性喷发，也会喷出火山灰。

另一方面，在火星上发现的岩石大部分是由缺乏硅酸盐的玄武质岩浆生成的，由长英质岩浆生成的岩石非常匮乏。在地球上，玄武质岩浆的火山，诸如基拉韦厄火山等，其特征是几乎不喷出火山灰，岩浆的流动也相对平缓。

喷发中的圣海伦斯火山

另外，在盖尔陨石坑发现的鳞石英具有单斜晶系的晶体结构，这表明鳞石英在高温下生成后经过迅速冷却。结合在盖尔陨石坑发现的鳞石英集中在沉积物的一层，这种情况最有可能的是经由火山灰生成的。

沉积物样品中的成分除鳞石英以外，一半以上是富含硅的非晶成分，剩下的是灰长石、正长石、磁铁矿、无水石膏等。另外，分析元素的含量，发现相对于硅的含量，铝的含量较少，钛的含量较多，这些元素含量比例与地球上一种长英质岩浆比较一致。

火山灰的成分与沉积物样品的成分不一致，主要是因为水会使火山灰产生化学风化，最终使结晶度高的鳞石英以较高含量沉淀在湖底，

地球上的鳞石英矿物

综上所述，关于火星表面沉积物的形成过程大概是这样的：

过去火星上有一座能喷出长英质岩浆和火山灰的火山，其与盖尔陨石坑有一段距离。在这座火山的岩浆中，发生了溶解在岩浆中的成分和无法溶解在岩浆中而结晶的成分相互分离的结晶分异作用现象。这种结晶分异作用至少发生2次，1次生成正长石，另1次生成鳞石英和灰长石。

在盖尔陨石坑还是湖泊的某个时代，该火山喷发，含有鳞石英的火山灰在盖尔陨石坑的湖泊中沉积，之后在盖尔陨石坑中的液态水干涸之前的这段时期，水的化学风化作用一直在持续，使沉积物的化学成分发生变化，从而生成了现在观测到的沉积物。

在此之前，火星上的岩石提供了足够多的玄武质岩浆存在的证据，但几乎没有长英质岩浆存在的证据。但是，这次在盖尔陨石坑发现的有关鳞石英的研究表明，过去火星上至少发生过1次伴随着长英质岩浆火山灰的火山喷发。

同时，鳞石英以外的成分的比例，和喷发前岩浆的成分相比发生了很大的变化，表明了火星表面的地质学和化学变化，这对观测火星行星科学演化方面的研究非常有意义。