火星的神祕岩石可能來自劇烈火山活動

作者 | 發布日期 2022 年 05 月 04 日 8:45 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


近幾十年來,確認火星形成和演化歷史,一直是火星軌道探測器和漫遊車的任務目標。

亞利桑那州立大學Steve Ruff研究團隊分析幾個火星任務數據,確認古瑟夫隕石坑和傑澤羅隕石坑(Jezero crater)富含橄欖石的岩層,可能是熔接凝灰岩(ignimbrite)。熔接凝灰岩一般來自巨大火山爆炸式噴發。此推論如果正確,有利了解火星其他富含橄欖石岩層的區域,表示火星早期可能常有火山活動。研究結果發表於《Icarus》期刊。

Ruff 說:「有很多關於尼利槽溝(Nili Fossae)地區(含傑澤羅隕石坑),大部分區域富含橄欖石岩層的起源想法,此討論持續近20年。」富含橄欖石和碳酸鹽的岩層連結16年前NASA精神號探索的古瑟夫隕石坑,以及2020年毅力號探索的尼利槽溝地區傑澤羅隕石坑。這兩個地方的橄欖石是迄今火星發現最多的區域。以前沒有研究此類富含橄欖石岩層的成分和形態相似性,現在看來形成方式很相似。

橄欖石是常見矽酸鹽類礦物,可能來自火星地函產生的岩漿(同樣過程也發生在地球),所以火山作用是火星富含橄欖石岩層的合理解釋。先前理論表示橄欖石可能由地函劇烈噴發出熔岩流造成。

▲ 左為精神號顯微照像器的馬賽克照片,顯示深色對角線排列特徵有火焰狀,火焰狀可能是扁平浮石碎片,稱為火焰石(fiamme),含淺色晶體(白色長方形),類似右圖地球熔接凝灰岩。暗角部分是精神號的影子。兩圖白色比例尺為1公分。(Source:NASA / JPL / USGS and Scripps Institution of Oceanography)

Ruff和研究團隊計畫檢驗主要假設:火山灰從火山煙流(volcanic plumes)慢慢沉積,但觀察揭示了更猛烈的歷史。Ruff檢視精神號顯微照像器的馬賽克照片,注意到有不尋常岩理的岩石。Ruff查閱線上圖書館的地球岩石照片,發現一些火山岩岩理與馬賽克照片岩理非常相似。

這種岩石稱為熔接凝灰岩,是地球巨大火山爆發產生,火山灰沉積時,溫度還很高,會熔融焊結在一起,岩石內可能含火山碎屑物和浮石。熾熱的火山煙流和幾乎熔化的火山灰和浮石在地面流過數十英里,短短幾天沉積至數百英尺厚。熾熱的沉積物會在數月或數年內緩慢冷卻,導致冷縮節理(cooling joints)裂痕。Ruff在火星富含橄欖石的岩層發現明顯相似的裂痕,增加熔接凝灰岩起源的證據。

▲ 左為假色照片,顯示火星Nili Fossae地區富含橄欖石的岩層與右圖地球熔接凝灰岩(真彩色)對比。右圖裂痕是冷縮節理,與左圖非常相似。(Source:HiRISE / Google Earth)

地球熔接凝灰岩在美國西部黃石國家公園等地發現,黃石公園約210萬年前因巨大火山爆發形成,現在火山臼已填滿。Ruff說:「以前沒有人將火星富含橄欖石岩層解釋為熔接凝灰岩,這可能是毅力號過去一年一直在採樣的岩石。」

火星擁有太陽系最高的火山,熔岩流覆蓋大片區域,理所當然擁有火成岩,但只有少數地方暫時建議含熔接凝灰岩。研究團隊新發現,有可能在古瑟夫隕石坑和傑澤羅隕石坑都有熔接凝灰岩。其他富含橄欖石岩層的地點也是熔接凝灰岩候選區域,且似乎都在火星早期形成,約最初十億年。

Ruff說:「富含橄欖石的岩層對地球多數熔接凝灰岩都不尋常,但在古老岩層有這種成分。現在有了火星富含橄欖石的熔接凝灰岩有力證據,也許表明行星早期地質演化過程,富含熔融橄欖石的岩漿來自爆炸式噴發火山活動,這論述可能要等到毅力號收集的岩石樣本送回地球後才能驗證。」

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:NASA / JPL / Cornell / ASU)