古气候及古环境演变信息,对于古气候演变的

寻找火星古代温泉一直是探索火星生命遗迹的热点问题。许多前人的研究报道了从轨道和原位探测器上发现的火星古代温泉/热泉。在火星上，温泉可以提供生命赖以生存的热量和营养丰富的水。当火星内核冷却后，全球也开始降温并变得寒冷。

如果早期火星生命演化出来的话，应该可以存活于温泉形成的宜居环境内。此外，由于间歇或持续性注入相对盐度低的淡水，局域水环境可能不会出现像蒸发水体那样的高盐度，这也可能在更加干旱的火星创造一个长期宜居的环境。因而，古代温泉成为记录火星古代生命遗迹的重要场所。

火星最早应该在早挪亚纪时期（40亿年或更早）就进入了宜居时代，这使得火星上可能演化出的早期生命比地球生命的起源时间更早。在地球上，根据34亿年之后的10亿年间，硫酸盐还原菌早期的繁盛可以推断，这种异养生物很可能在早期火星上也十分繁盛。因为这两个星球的最初宜居阶段具有相似的碳、能量以及元素循环特征。

然而，随着“宜居火星”环境被氧化以及高辐射的环境代替，火星的表面不再适宜生物的生存及演化。尽管表面液态水仍然会偶然性地出现，但高盐度以及高辐射的条件已经不利于绝大多数生物的生存。

如果火星上曾经出现过硫酸盐还原菌，此时这些微生物也应该转入更适宜生存的地下，而温泉作为沟通地下水及地表环境的通道，也会成为运移这些地下微生物的渠道。极端干旱气候发生后，柴达木盆地微生物生活习性的变化应该也是与此类似的。

在柴达木盆地，干燥盐湖沉积的矿物，代表了周围山脉在强氧化气氛下化学风化作用析出的离子的地球化学转运的最后一步。因此，这些蒸发盐矿物和共生的黏土矿物几乎不含有铁，更不可能原地生成铁的硫化物。这对应了黄铁矿不能在表面环境中沉淀出来，但可以由深部的厌氧菌形成的特性。

本研究在氧化的表面环境中，从白云石中发现了保存完好的生物黄铁矿。这一观测结果与许多现代陆地温泉的观测结果是一致的。由于还原的、SRB主导的温泉内部环境与氧化的表面环境之间的动力学平衡，黄铁矿可以与石膏共同作为原生矿物出现。

尽管温泉及泉华本身不能作为岩相生物标志物，但本研究发现，塌缩的温泉沉积岩石在恶劣的表面环境中成功地保存了硫酸盐还原菌合成的生物黄铁矿，因而其具有保存生命物质的潜力。白云石的d13C值与黄铁矿的低丰度共同说明古柴达木盆地温泉微生物群落简单，初级生产力低，对区域碳、硫地球化学循环的影响不显著。

同样，火星地下微生物生态位对温泉碳酸盐沉积及其d13C组成的贡献应该也不大。这些观察结果表明，样品返回对于证明火星沉积物质中生物矿物的存在仍然是必要的。然而，就火星生命探测这一研究课题来说，相对于直接寻找温泉或生物矿物组合，寻找和研究碳酸盐露头仍然是目前而言一个更为现实的目标。

对一个封闭沉积盆地而言，沉积旋回开始于远离隆起的基岩被山体间流水侵蚀的地方。这些新侵蚀沉积物形成的第一个主要沉积体通常是冲积扇。而在冲积扇的外围，卸去了从山间携带的沉积物，液态水能够自由地流动，如果地形起伏较小，往往会形成洪积台地。这里是碳酸盐结核形成的有利地点。

柴达木盆地的碳酸盐结核形成于阿尔金山的山麓地带，是由25万年前的洪水事件所形成的文石和碎屑矿物为核，并在接下来的10万年间的数次洪水事件形成外部圈层结构。由于环境条件变化（水体Mg/Ca比的降低），圈层结构的成分变为高镁方解石。

结核圈层结构的本质是不同圈层的孔隙度差异，这主要是由于不同圈层在形成时，环境盐度发生了变化。高盐度条件下，高镁方解石中的锰含量增多、结晶速率加快，因而生成的碳酸盐晶体尺寸较大，使得相应圈层的孔隙度较大；而低盐度条件下则与此相反。

从核部到边部的稳定碳氧同位素特征显示，结核形成过程中，蒸发作用及结核碳酸盐的沉淀导致水体中共减少了近50%的水和近25%的溶解二氧化碳。这些研究结果表明，高镁方解石结核记录了一个长期干旱气候条件下的次级气候波动，即在十万年的时间内，从阿尔金山流出的洪水盐度随着短期气候干湿交替而波动。

这也是这一地区的地表稳定液态水存在的最后阶段。在火星沉积盆地，如盖尔陨石坑内，好奇号也发现了许多结核及结核状构造。尽管好奇号没有对这些结核做更详细的工作，但相近的沉积环境表明，这些火星结核很可能记录着古代火星液态水稳定存在的最后阶段的关键信息。

探讨了碳酸盐鲕粒的成因并评估了其作为生物标志物的有效性在滨湖地带，因为湖水与狭窄河流沉积物甚至是冲积扇密切交织在一起，所以往往形成一个相对高能的沉积环境，沉积相的种类在一个较窄的区间内通常具有多变性。在这一区域，容易形成各种碳酸盐包覆颗粒，鲕粒则是其中比较重要的一种。

本研究的三个鲕粒样品分别为：形成于29万年前，在26万年前被石膏胶结的白云石鲕粒；形成于16万年前，在11万年前被石盐胶结的文石鲕粒；形成于3万年前，在2万年前被石膏胶结的文石鲕粒。元素分布以及稳定碳氧同位素特征指示这些鲕粒为无机成因。然而，这些鲕粒中保存有蓝细菌光合作用的保护色素：伪枝藻素。

尽管随着鲕粒年龄的增加，有机分子保存情况变差，但鲕粒能够在类火星的极端环境中保存生物标志物的特性，使其具有作为火星探测过程中的岩相生物标志物的潜力。在未来的火星探测过程中，火星表面的蒸发盐沉积中可能赋存的鲕粒或许可为潜在生物标志物的寻找提供便利。

提出了碳酸盐麻点岩石的温泉成因并发现保存完好的生物黄铁矿除了地表水及大气水的影响此之外，湖泊沉积环境还容易受到地下水的影响而形成一些特殊的湖相碳酸盐。如热泉、冷泉形成的泉华或石灰华等。泉水作为营养物质和能量的媒介，通常会促进蓝细菌、细菌和藻类等微生物的繁盛。

本研究在柴达木盆地西部的干盐滩中发现的麻点岩石在形态、尺寸以及分布特征上都与火星麻点岩石极为相似。详细的矿物学和同位素研究揭示了一个湖相-温泉沉积的成因。并且，这些岩石还在恶劣的柴达木盆地表面环境下保存了硫酸盐还原菌形成的生物黄铁矿。

结合火星麻点岩石分布点的区域特征，本研究认为，这些火星麻点岩石很可能同样起源于一个古代温泉环境，并且可以保存某些潜在的生物遗迹。火星的南半球是一个布满撞击坑的古老高地，即便是曾经存在液态水，也应当主要以沉积盆地为主。

事实上，对火星南半球大范围黏土矿物沉积的研究表明，许多撞击坑都演化出沉积盆地的特征。因而，沉积盆地中的碳酸盐沉积行为及古气候意义，在火星碳酸盐的研究中至关重要。一方面这些盆地碳酸盐可以提供可观的大气碳封存；另一方面，碳酸盐沉积记录的古气候及古环境演变信息对于重建整个星球的古气候演变至关重要。

因此，在火星的漫长演化历史中，湖相沉积形成的碳酸盐可能是大气碳的主要封存形式，并且会以较小尺度的碳酸盐沉积相甚至是沉积微相出现，因而在现阶段的火星探测中未能被鉴定出来。这些碳酸盐记录了古气候及环境演变的关键信息，并且还极有可能保存了一些古代生命物质。火星上的沉积物相对地球来说，是富铁的。

这是现阶段，使用地球沉积环境类比火星演化过程中最大的不足之处，也是无法避免的。造成这种差异的主要原因是：火星的地壳主要是玄武质的，而地球的岩石圈经历了多次的熔融和重塑后，形成了中性安山质的特征。

尽管这两个星球表生环境的元素及矿物组成存在差异，但风化、沉积等地质作用的基本过程却是一致的。地球表生环境中的碳酸盐结构阳离子主要以钙和镁为主，这是因为钙元素和镁元素相较于铁元素而言更易迁移。

火星的表层岩石较富铁镁，但沉积淋滤作用能长距离迁移的元素仍然只有钙和镁。从这个角度来说，地球仍然是类比火星最有效也最便利的场所。使用地球封闭沉积盆地类比火星湖相碳酸盐沉积也是有效的。