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火星碳酸鹽

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2015年9月2日，軌道探測器對火星平原區尼利槽溝中碳的評估。

2008年首次在火星上發現了碳酸鹽蓋層的證據，此前，對碳酸鹽紅外光譜特徵敏感的大部分遙感儀，如火星快車號上的光學與紅外礦物光譜儀以及火星奧德賽號的熱輻射成像系統等都沒檢測到碳酸鹽露頭[1]，至少從發回的100米或更大空間範圍數據中沒有發現[2]。

儘管火星上的碳酸鹽無處不在，但 2003 年的研究表明，它們主要以塵埃中的菱鎂礦為主，質量佔比不足5%，並且可能是在當前大氣條件下所形成[3]。此外，除地表塵埃成分外，截至2007年，所有原位探測任務均未檢測到碳酸鹽，雖然礦物建模並未排除古瑟夫撞擊坑中赫斯本德山「獨立類」岩石中可能有少量的碳酸鈣[4]（註：古瑟夫撞擊坑內特徵的國際天文聯合會規範命名尚未正式確立）。

遙感數據

火星勘測軌道飛行器- 緊湊型火星偵察成像光譜儀團隊首次成功識別出局部範圍（<10公里²）地表碳酸鹽礦物的強烈紅外光譜特徵[5]。2007年的光譜建模確定了尼利槽溝中一處關鍵礦床，該礦床主要由一種空間上與橄欖石露頭有關的單一礦物相構成，主要礦物似乎是菱鎂礦，通過熱特性和高解像度成像科學設備的形態推斷，表明該礦床為岩屑。從地層學上看，該岩層位於下方頁矽酸鹽和上方鐵鎂質冠岩之間，時間上介於諾亞紀和赫斯珀里亞紀年代之間。儘管紅外光譜代表的礦物含量厚度低於≈0.1毫米[6]（這與對數十厘米深度敏感的伽馬光譜相反）[7]，但地層、形態和熱學性能等特徵反映，碳酸鹽是以岩石露頭的形式存在而非僅僅是一層蝕變外殼。不過，它的形態與典型的陸相沉積碳酸鹽岩層不同，表明其形成於橄欖石和其他火成礦物的局部水蝕。然而，關鍵的影響是這種改變是在中等pH值下發生，且由此產生的碳酸鹽並未暴露在持續的低pH值含水條件下，即使是最近的赫斯珀里亞紀。這增加了火星上局部和區域範圍的地質環境，在某些重大的地質年代會有利於類陸生物活動的可能性。

截止2012年，一些科學家認為，碳酸鹽沉積物在火星分佈不廣的原因是低pH水環境在全球佔據了主導地位[8]，即使是最難溶解的碳酸鹽-菱鐵礦（FeCO3）沉澱也僅發生於pH大於5的條件下[9][10]。 2008年，當鳳凰號火星着陸器上的熱釋氣分析儀和濕化學實驗室測試發現方解石(CaCO3)和鹼性土壤含量在3-5%（重量百分比）後，表面有大量碳酸鹽沉積物的證據開始增加[11]。2010年，通過勇氣號火星探測車的分析，在古瑟夫撞擊坑的哥倫比亞丘陵上發現了富含碳酸鎂/鐵（16–34%）的露頭，這些露頭很可能是在諾亞紀火山活動所產生的接近中性pH值熱液條件下，從含碳酸鹽溶液中沉澱而成[12]。

在勇氣號探測車停止活動後，科學家們研究了小型熱輻射光譜儀的舊數據，確認了大量富含碳酸鹽岩石的存在，這意味着火星上的某些地區可能曾有過水。碳酸鹽是在一塊叫「科曼奇」的岩石露頭上發現的[13][14]。

火星勘測軌道飛行器在雅庇吉亞區惠更斯隕擊坑邊緣的隕坑中發現了碳酸鹽（碳酸鈣或碳酸鐵），發生在邊緣的撞擊暴露了從形成惠更斯隕坑大撞擊中翻攪出的材料。這些礦物表明火星曾經有一層較厚的二氧化碳大氣層和豐富的水分，這些種類的碳酸鹽只有在存在大量水時才會形成。它們是軌道飛行器上的緊湊型火星偵察成像光譜儀所發現，早些時候，該儀器曾探測到粘土礦物，而現在又在粘土礦物附近發現了碳酸鹽，這兩種礦物都需在潮濕環境中才能形成。 據推測，數十億年前的火星更加溫暖濕潤。碳酸鹽可能就是由當時的水和富含二氧化碳的大氣所形成。後來，碳酸鹽沉積物可能被掩埋，而現在二次撞擊暴露出了這些礦物。地球上的碳酸鹽沉積物則以大量石灰岩的形式存在[15]。

火星上發現的碳酸鹽
化學式 化學名 礦物名 探測任務 發現時間
MgCO3 碳酸鎂 菱鎂礦 火星專用小型偵察影像頻譜儀遙感 2003年、2020年
CaCO3 碳酸鈣 方解石 鳳凰號 2008年
FeCO3 碳酸亞鐵 菱鐵礦 好奇號 2020年

圖集

  • 惠更斯隕擊坑-圓圈處顯示了碳酸鹽沉積物位置-代表火星表面有大量液態水的時期（比例尺=259公里）。
    惠更斯隕擊坑-圓圈處顯示了碳酸鹽沉積物位置-代表火星表面有大量液態水的時期（比例尺=259公里）。
  • 火星上的尼利槽溝是已知最大的碳酸鹽礦床。
    火星上的尼利槽溝是已知最大的碳酸鹽礦床。

另請查看

參考資料

  1. ^ Bibring; Langevin, Y; Mustard, JF; Poulet, F; Arvidson, R; Gendrin, A; Gondet, B; Mangold, N; et al. Global Mineralogical and Aqueous Mars History Derived from OMEGA/Mars Express Data. Science. 2006, 312 (5772): 400–404. Bibcode:2006Sci...312..400B. PMID 16627738. S2CID 13968348. doi:10.1126/science.1122659 可免費查閱. 
  2. ^ Catling. Mars: Ancient fingerprints in the clay. Nature. 2007, 448 (7149): 31–32. Bibcode:2007Natur.448...31C. PMID 17611529. doi:10.1038/448031a. 
  3. ^ Bandfield; et al. Spectroscopic Identification of Carbonate Minerals in the Martian Dust. Science. 2003, 301 (5636): 1084–1087. Bibcode:2003Sci...301.1084B. PMID 12934004. S2CID 38721436. doi:10.1126/science.1088054. 
  4. ^ Clark; et al. Evidence for montmorillonite or its compositional equivalent in Columbia Hills, Mars. Journal of Geophysical Research. 2007, 112 (E6): E06S01. Bibcode:2007JGRE..112.6S01C. doi:10.1029/2006JE002756. hdl:1893/17119 可免費查閱. 
  5. ^ Ehlmann; Mustard, JF; Murchie, SL; Poulet, F; Bishop, JL; Brown, AJ; Calvin, WM; Clark, RN; et al. Orbital identification of carbonate-bearing rocks on Mars (PDF). Science. 2008, 322 (5909): 1828–1832 [2021-10-25]. Bibcode:2008Sci...322.1828E. PMID 19095939. doi:10.1126/science.1164759 可免費查閱. （原始內容存檔 (PDF)於2020-12-02）. 
  6. ^ Poulet; et al. Martian surface mineralogy from Observatoire pour la Minéralogie, l'Eau, la Glace et l'Activité on board the Mars Express spacecraft (OMEGA/MEx): Global mineral maps. Journal of Geophysical Research: Planets. 2007, 112 (E8): E08S02. Bibcode:2007JGRE..112.8S02P. S2CID 16963908. doi:10.1029/2006JE002840. 
  7. ^ Boynton; et al. Concentration of H, Si, Cl, K, Fe, and Th in the low- and mid-latitude regions of Mars. Journal of Geophysical Research: Planets. 2007, 112 (E12): E12S99. Bibcode:2007JGRE..11212S99B. doi:10.1029/2007JE002887 可免費查閱. 
  8. ^ Grotzinger, J. and R. Milliken (eds.) 2012. Sedimentary Geology of Mars. SEPM
  9. ^ Catling, David C. A chemical model for evaporites on early Mars: Possible sedimentary tracers of the early climate and implications for exploration (PDF). Journal of Geophysical Research. 1999-07-25, 104 (E7): 16453–16469. Bibcode:1999JGR...10416453C. doi:10.1029/1998JE001020. （原始內容存檔 (PDF)於2015-09-19）. 
  10. ^ Fairén, Alberto G.; Fernández-Remolar, David; Dohm, James M.; Baker, Victor R.; Amils, Ricardo. Inhibition of carbonate synthesis in acidic oceans on early Mars (PDF). Nature. 2004-09-23, 431 (7007): 423–426. Bibcode:2004Natur.431..423F. PMID 15386004. doi:10.1038/nature02911. （原始內容存檔 (PDF)於2010-06-11）. 
  11. ^ Boynton, WV; Ming, DW; Kounaves, SP; Young, SM; Arvidson, RE; Hecht, MH; Hoffman, J; Niles, PB; et al. Evidence for Calcium Carbonate at the Mars Phoenix Landing Site (PDF). Science. 2009, 325 (5936): 61–64. Bibcode:2009Sci...325...61B. PMID 19574384. doi:10.1126/science.1172768. （原始內容存檔 (PDF)於2016-03-05）. 
  12. ^ Morris, RV; Ruff, SW; Gellert, R; Ming, DW; Arvidson, RE; Clark, BC; Golden, DC; Siebach, K; et al. Identification of carbonate-rich outcrops on Mars by the Spirit rover (PDF). Science. 2010, 329 (5990): 421–4. Bibcode:2010Sci...329..421M. PMID 20522738. doi:10.1126/science.1189667. （原始內容 (PDF)存檔於2011-07-25）. 
  13. ^ Outcrop of long-sought rare rock on Mars found. sciencedaily.com. （原始內容存檔於2017-09-07）. 
  14. ^ Morris, Richard V.; Ruff, Steven W.; Gellert, Ralf; Ming, Douglas W.; Arvidson, Raymond E.; Clark, Benton C.; Golden, D. C.; Siebach, Kirsten; Klingelhöfer, Göstar; Schröder, Christian; Fleischer, Iris; Yen, Albert S.; Squyres, Steven W. Identification of Carbonate-Rich Outcrops on Mars by the Spirit Rover. Science. 2010, 329 (5990): 421–424. Bibcode:2010Sci...329..421M. PMID 20522738. doi:10.1126/science.1189667. 
  15. ^ Some of Mars' Missing Carbon Dioxide May be Buried. NASA/JPL. （原始內容存檔於2011-12-05）. 
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