火星早期的氣候是溫暖潮濕還是寒冷干旱一直是行星科學(xué)中尚未解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題之一?；鹦潜砻鎻V泛分布的含水礦物和水流地貌顯示火星早期存在長(zhǎng)期的暖濕氣候，然而氣候模型卻認(rèn)為火星早期可能長(zhǎng)期處于干冷。研究火星上廣泛分布的蜿蜒脊?fàn)畹孛蔡卣骷昂V物分布可以為理解這個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題提供重要的支撐。 

圖1:（a）由CTX生成的DEM圖像，圖中可明顯看到彎曲的平行脊。（b）與a相同范圍的CTX地貌背景圖。 

　　中科院國(guó)家空間科學(xué)中心的劉洋研究員團(tuán)隊(duì)研究了位于火星南北分界的坦佩高地東側(cè)的脊?fàn)畹匦危▓D1），利用CTX、HiRISE和CRISM等火星軌道遙感數(shù)據(jù)對(duì)該地貌及礦物信息進(jìn)行了詳細(xì)的分析。研究發(fā)現(xiàn)，在脊的周圍發(fā)現(xiàn)有倒轉(zhuǎn)撞擊坑和表面相對(duì)平滑的地貌單元，分別說(shuō)明了該區(qū)域經(jīng)歷過(guò)很強(qiáng)烈的侵蝕作用以及發(fā)生過(guò)表面重塑事件。脊?fàn)畹孛矃^(qū)域的CRISM光譜數(shù)據(jù)顯示了在1.4μm、1.9μm和2.31μm有吸收峰出現(xiàn)，這與含鎂蒙皂石的實(shí)驗(yàn)室光譜較為符合，該礦物主要分布在南側(cè)脊的兩側(cè)斜坡上，也零星分布在脊的周邊區(qū)域，而在北側(cè)脊并沒(méi)有該礦物的光譜吸收峰出現(xiàn)（圖2）。 

圖2:（a）CTX覆蓋CRISM含水礦物參數(shù)圖，藍(lán)色和紫色代表含水礦物，根據(jù)南側(cè)脊寬度變化分為Zone1和2，紅色箭頭代表脊周圍零星分布的含水礦物。（b）由HiRISE生成的DEM圖像，含水礦物分布在脊兩側(cè)，橙色三角代表圖3的c, d, e的視角方向，10倍垂直放大。（c）CRISM光譜與實(shí)驗(yàn)室礦物標(biāo)準(zhǔn)光譜比對(duì)。 

　　通過(guò)對(duì)脊?fàn)畹孛驳膸追N形成機(jī)制進(jìn)行對(duì)比后，我們發(fā)現(xiàn)倒轉(zhuǎn)河道帶更能解釋我們觀察到的地貌特征。如脊斜坡及周圍地形的層狀粘土礦物、高度不一的雙脊地形、侵蝕強(qiáng)烈的地貌背景等都支持我們的解譯 （圖3）。 

圖3: （a）一條活躍的河流流經(jīng)火星表面。（b）洪泛平原形成沉積，物質(zhì)開始遷移。（c）河道帶開始被侵蝕挖掘（黑色圓圈代表撞擊坑），原始河道消失。（d）在后期長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化侵蝕作用下，河道帶形成了寬度不定的脊?fàn)畹孛病?/span> 

　　我們?cè)谠搮^(qū)域發(fā)現(xiàn)的脊?fàn)畹孛步沂玖嘶鹦潜辈抗藕Ｑ蠛０毒€附近復(fù)雜的河流和侵蝕活動(dòng)歷史。脊?fàn)畹匦蔚哪挲g上限在中諾亞紀(jì)，且其分布在可能代表了火星北部古海洋存在的二分性邊界處。通過(guò)撞擊坑定年我們得出脊的形成年代不晚于36億年的早西方紀(jì)，結(jié)合在脊兩側(cè)發(fā)現(xiàn)的約20m厚的層狀粘土礦物，代表了在早西方紀(jì)之前有一個(gè)約數(shù)萬(wàn)年的活躍水流活動(dòng)時(shí)期。火星在諾亞紀(jì)到早西方紀(jì)時(shí)期的氣候是溫暖潮濕還是寒冷干旱的問(wèn)題一直還存在爭(zhēng)議，如果火星早期如氣候模型預(yù)測(cè)的是寒冷干旱的，那么形成該區(qū)域的倒轉(zhuǎn)河道帶則暗示了可能由火山噴發(fā)、隕石撞擊或自轉(zhuǎn)傾角改變而導(dǎo)致的間歇但持續(xù)變暖的氣候事件。該成果發(fā)表于地球與行星科學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊 Earth and Planetary Science Letters。 

　　論文信息：Zhenghao Liu, Yang Liu*, Lu Pan, Jiannan Zhao, Edwin S. Kite, Yuchun Wu, Yongliao Zou (2021), Inverted channel belts and floodplain clays to the East of Tempe Terra, Mars: Implications for persistent fluvial activity on early Mars, Earth and Planetary Science Letters, 562, https://doi.org/10.1016/j.epsl.2021.116854.