Geology:火星表面水鋁英石的發現及其對區域化學風化過程的指示

2021-01-20 土人樂土

（研究者：美國航空航天局（NASA）詹森太空中心Elizabeth B. Rampe博士等）

 

火星表面的巖石礦物組成記錄了曾經或正在進行的地質與地球化學過程，可以用來反演可能的局部古環境和古氣候。目前，對火星全球勘探者（Mars Global Surveyor）採集的熱發射光譜（Thermal Emission Spectrometer，TES）數據進行的模型分析結果表明，火星在整體上是一個玄武質行星；而在區域和局部範圍，其礦物組成在斜長石、輝石、橄欖石和高矽相（high-silica phases，包括粘土礦物、沸石、火山玻璃和蛋白石質二氧化矽）之間變化。然而，基於TES數據對風化產物的解譯存在一定的不確定性。

 

水鋁英石（allophane，1−2SiO2×Al2O3×5−6H2O）是廣泛發現於火山源土壤的一種低結晶度含水鋁矽酸鹽礦物。其通常由火山玻璃或長石在中性至弱酸性（pH 5~7）環境中發生低溫蝕變形成，被視作僅具有短程有序結構的粘土前驅體。基於子午線（Meridiani）高原和古謝夫（Gusev）隕石坑的原位化學數據以及TES數據的物相模擬結果，水鋁英石及其它低結晶度鋁矽酸鹽被認為是火星表面的可能組分。但到目前為止，火星表面水鋁英石的出現尚未被TES數據的模型證實。

 

為此，NASA詹森太空中心Elizabeth B. Rampe等人通過對已定性的水鋁英石和鋁矽酸鹽凝膠物質進行熱紅外發射光譜測試（圖1），來進一步證實火星表面水鋁英石的出現。他們在火星表面的幾個低反照率地區發現了水鋁英石和鋁矽酸鹽凝膠（圖2）。其中，在北阿西達利亞（northern Acidalia）地區，該類物質的含量更是高達28%（圖3）。這些地區的水鋁英石可能形成於遠古時代（諾亞紀-早西方世），在長期乾燥環境中保存下來；也可能形成於晚亞馬遜世，且目前仍處於活躍狀態。

 

水鋁英石在火星表面的發現，說明火星在過去幾十億年中並不是只發生了之前所認為的全球性強酸性化學風化作用，而是在局部地區發生了弱酸性至中性的化學風化作用。

 

該論文以「Allophane Detection on Mars with Thermal Emission Spectrometer Dataand Implications for Regional-Scale Chemical Weathering Processes」為題，發表於Geology 2012 (40)，https://doi.org/10.1130/g33215.1。

 

全文連結https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/geology/article/40/11/995/130808。（點擊文後「閱讀原文」可轉至論文原文）

圖1 水鋁英石、高矽鋁矽酸鹽凝膠（A）和文獻報導的其它高矽相（B）的熱紅外發射光譜（圖釋略）

 

圖2 火星表面四個TES模型中鑑定出水鋁英石的區域，圖背景為TES反照率

 

圖3 四個TES模型中鑑定出水鋁英石的火星區域之礦物組成


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