火星确实有移动的冰川,但它们在地球的低重力环境中表现不同

在地球上,我们气候的变化导致冰川在我们整个地质历史(称为冰川期和间冰期)中前进和后退。 这些冰川的运动在地表上刻下了许多特征,包括U形山谷、悬空山谷和峡湾。 火星上缺少这些特征,导致科学家得出结论,在遥远的过去,火星表面的任何冰川都是静止的。 然而,美国和法国行星科学家团队的新研究表明,火星冰川的移动速度确实比地球上的冰川慢。

该研究由来自美国的地质学家和行星科学家团队进行 地球与太空探索学院 (SESE) 在亚利桑那州立大学 (ASU) 和 地球科学与地球科学实验室 (LPG) 在法国南特大学。 该研究由 SESE(目前在 LPG)的 2018 年探索研究员 Anna Grau Galofre 领导,她在进行研究时是 ASU 的博士后。 该研究题为“谷网络和古代火星上的冰川记录,”最近出现在《地球物理研究快报》上。

根据地球物理研究快报的一项新研究,由于火星独特的条件,其古老的冰川可能流动非常缓慢。 图片来源:NASA/JPL-Caltech/UofA

根据美国地质勘探局的定义,冰川是“结晶冰、雪、岩石、沉积物以及通常是液态水的巨大、常年堆积物,它们起源于陆地,并在自身重量和重力的影响下向下坡移动。” 这里的关键词是移动,这是由于融水在冰盖下方聚集并润滑其向下穿过景观的通道。 在地球上,冰川已经前进并定期退缩了亿万年,留下巨石和碎片,并将特征刻入地表。


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为了他们的研究,加洛弗雷和她的同事模拟了火星引力怎样影响冰盖移动速度和冰盖下方水流之间的反馈。 更快的排水会增加岩石和冰之间的摩擦,留下可能会随着时间的推移而持续存在的冰下通道。 与地球上发生的情况相比,没有这些 U 形山谷意味着火星上的冰盖可能以极慢的速度移动和侵蚀它们下面的地面。 然而,科学家们发现了其他地质痕迹,表明过去火星上有冰川活动。

这些包括由分层的沙子和砾石(eskers)组成的长而窄的蜿蜒山脊以及可能是冰下通道的其他特征。 在最近的 AGUNews 中说 Galofre 新闻稿

“冰是令人难以置信的非线性。 与冰川运动、冰川排水和冰川侵蚀有关的反馈将导致与地球和火星上以前的冰盖下存在水相关的根本不同的景观。 在地球上,你会看到鼓形、划线、冲刷痕迹和冰碛,而在火星上,你会倾向于在具有完全相同特征的冰盖下获得通道和 esker 脊。”

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过去,火星表面可能存在冰川,在夏季提供融水,形成我们今天看到的特征。 图片来源:NASA/JPL-Caltech/ESA

为了确定火星过去是否经历过冰川活动,Grau Galofre 和她的同事模拟了地球和火星上两个具有相同厚度、温度和冰下水可用性的冰盖的动力学。 然后,他们将描述地球表层下排水的物理框架和冰流动力学适应了火星条件。 从中,他们了解了火星上的冰下排水系统将怎样演变,这将对冰川滑过景观的速度产生什么影响,以及这将导致的侵蚀。

这些发现表明,火星上的冰川冰比地球上的冰川更有效地排出融水。 这将在很大程度上阻止冰盖底部的润滑,从而导致更快的滑动速度和增强的冰川驱动侵蚀。 简而言之,他们的研究表明,地球上与冰川活动相关的线状地貌不会有时间在火星上发展。 Grau Galofre 说:

“从存在地表液态水、广泛冰盖和火山活动的早期火星进入火星目前所在的全球冰冻圈,冰块和基础水之间的相互作用一定发生在某个时刻。 很难相信在 40 亿年的行星历史中,火星从未发展出有冰下水存在的冰盖生长条件,因为它是一个拥有大量水存量、巨大的地形变化、同时存在液体和冰冻的水,火山活动, [and is] 距离太阳比地球更远。”

除了解释为什么火星缺乏某些冰川特征外,这项工作还对火星上存在生命的可能性以及这种生命是否能够在我们今天看到的全球冰冻圈过渡中幸存下来有影响。 这组作者说,冰盖可以为任何可能出现生命的冰下水体提供稳定的供水、保护和稳定性。 它们还可以防止太阳和宇宙辐射(在没有磁场的情况下)和绝缘以防止温度的极端变化。

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火星矿物图显示存在水时形成的斑块。 信用:欧空局

这些发现是越来越多证据表明火星上存在生命并且存活了足够长的时间以留下其存在的证据的一部分。 它还表明任务像 好奇心毅力,欧空局将加入 罗莎琳德·富兰克林 在不久的将来,漫游者和其他机器人探索者正在寻找合适的地方。 在缓慢退缩的冰川存在的情况下曾经有水流过的地方,当火星变得温暖和干燥时(大约 40 亿年前)出现的微生物生命形式可能会随着地球变得更冷和干燥而持续存在。

这些发现也可能支持这样的猜测,即随着这种转变的进展以及火星的大部分地表水退缩到地下,地表潜在的生命随之而来。 因此,未来调查火星广泛的含水矿物沉积物(最近由 ESA 绘制)的任务可能是最终在火星上找到现代生命证据的任务!

延伸阅读: AGU新闻, 地球物理研究快报