美國太空總署確認火星上有數千次大規模的古老火山噴發

一些火山可以產生如此強大的噴發，它們會將大量灰塵和有毒氣體釋放到空氣中，阻擋陽光並改變地球的氣候長達數十年。通過研究火星北部阿拉伯高地（Arabia Terra）地區一部分的地形和礦物成分，科學家最近發現數千次此類噴發或者超級噴發的證據，這是已知的最猛烈的火山爆發。

一項研究估計，大約四十億年前，這些爆炸將水蒸氣、二氧化碳和二氧化硫噴射到空氣中，在五億年的時間裡撕裂了火星表面。

美國太空總署戈達德太空飛行中心領導分析阿拉伯高地的地質學家柏直·惠利（Patrick Whelley）說：「這些火山爆發每一次都會對氣候產生重大影響，釋放的氣體會使大氣層變得更厚，或者阻擋太陽並使大氣變冷。建立火星氣候模型者有一些工作要做，以嘗試了解火山的影響。在將相當於四億個奧林匹克游泳池規模的熔岩和氣體炸過地表並散佈厚厚的火山灰後在距噴發地點數千公里的地方，一座如此規模的火山坍塌成一個巨大的洞（稱為火山口）。地球上也存在的火山口可能有幾十公里濶。

曾經認為是數十億年前小行星撞擊火星表面留下的窪地，科學家在2013年的一項研究中首次提出，這些盆地是火山口。他們注意到它們不像隕石坑那樣完美圓潤，而且它們有一些坍塌的跡象，例如非常深的地板和靠近牆壁的岩石長凳。

惠利團隊在會見馬里蘭州勞雷爾約翰霍普金斯應用物理實驗室的火山學家亞歷山德拉·馬蒂埃拉·諾瓦克（Alexandra Matiella Novak）後，萌生了尋找火山灰證據的想法。諾瓦克使用美國太空總署的火星偵察軌道器（Mars Reconnaissance Orbiter）的數據在火星上的其它地方尋找灰燼，因此她與惠利的團隊合作專門在火星阿拉伯高地上尋找。

該團隊的分析是在其他科學家的工作基礎上進行，他們早些時候提出阿拉伯高地表面的礦物起源於火山。另一個研究小組在得知阿拉伯高地可能是火山口後，計算出該地區可能發生超級噴發的火山灰會落在那裡：順風向東移動，遠離火山中心，或者在這種情況下，還剩下什麼形狀的火山口。

該團隊使用來自火星偵察軌道器的光譜儀圖像來識別表面的礦物質。在距離火山口數百到數千公里的峽谷和火山口的牆壁中，火山灰會被風吹走，他們發現被水變成粘土的火山礦物，包括蒙脫石（montmorillonite）、芋子石（Imogolite）和水鋁英石（Allophane）。然後，使用火星偵察軌道器相機的圖像，該團隊製作了阿拉伯高地的立體地形圖。通過將礦物數據放在進行分析的峽谷和隕石坑的地形圖上，研究人員可以在含有豐富礦物質的沉積物中看到灰燼層保存得非常好，而不是被風和水弄亂，灰燼分層在就像新鮮時一樣。

最初在2013年發現火山口的同一位科學家還根據每個火山口的體積計算了從火山中爆炸的物質數量。這些數據使惠利團隊能夠計算出產生他們發現的灰燼厚度所需的噴發次數。結果證明有數千次火山噴發。

剩下的一個問題是，一顆行星怎麼可能只有一種類型的火山散落在一個地區。在地球上，能夠超級噴發的火山最近一次在七萬六千年前在印尼蘇門答臘島上噴發，火山灰分散在全球各地，與其它火山類型存在於同一地區。火星也有許多其它類型的火山，包括太陽系中最大的火山，稱為奧林匹斯山。奧林匹斯山的體積比地球上最大，夏威夷的茂納洛亞（Mauna Loa）火山大一百倍，稱為盾狀火山，它從緩坡的山上排出熔岩。是至今為止，阿拉伯高地擁有火星上火山爆發的唯一證據。

【圖、文：節譯自美國太空總署2021年9月15日新聞公佈】研究全文刊登在2021年7月16日出版的《地球物理研究快報》 標題是：Stratigraphic Evidence for Early Martian Explosive Volcanism in Arabia Terra