王世杰 趙宇鴳

火星在它誕生之初的約8億年里（諾亞紀），是一個充滿活力、急劇變化著的星球：炙熱的巖漿洋逐漸冷卻，分化出殼-幔-核；外來的撞擊強烈而密集；在一次或幾次大型的撞擊之后，火星南高北低的全球兩分地勢格局形成；以太陽系最高的火山奧林帕斯山為代表的薩希思大火山省在諾亞紀的晚期開始活動。

這個時期火星表面的水持續(xù)活動著，形成了我們現(xiàn)在看到的各種河谷網絡和沉積巖記錄?；鹦莾炔康牡卮虐l(fā)動機在前5億年里經歷了從活動到停滯的全過程，之后，火星失去了地磁場的保護，也失去了它原生的大氣。如果火星曾經出現(xiàn)生命，最有可能就是在這個時期。所以要類比這個時期的火星，科學家們尋找存在水-巖石-生物相互作用的地區(qū)，還有存在地球早期生命遺跡的地方。

美國的黃石國家公園的熱泉環(huán)境，可以類比火星的水熱環(huán)境、早期生命保存、嗜熱微生物墊、硅華、富蛋白石的土壤、鐵沉積物等等。黃石公園還有通過光能和化學能自我供養(yǎng)的多種微生物群落。西班牙的力拓河，有火山活動形成的世界上最大規(guī)模的硫沉積，在地表水的作用下，生成了富硫酸鹽的強酸性水環(huán)境，與機遇號火星車在子午線平原發(fā)現(xiàn)的沉積環(huán)境可能非常類似。對力拓河流域存在的硫酸鹽和氧化物等礦物類型的研究，幫助科學家理解火星子午線平原的沉積物礦物類型和它們的成因。科學家們還對流域內微生物群落開展研究，以了解強酸性條件下的微生物群落特性。同時，還在這里開展了探測器模擬采樣的實驗。加拿大的帕維湖湖底，保存著許多微生物石，屬于疊層石的一種，這里為研究淡水微生物群落和保存提供了理想的場所。墨西哥的龍舌蘭洞穴與我們通常見到的喀斯特洞穴不同，洞內的石筍、石柱等等都是以硫和硫酸鹽形式存在的，而非碳酸鹽類的鐘乳石。洞里生活著許多用硫呼吸的微生物群落?；鹦桥c地球一個很大的區(qū)別，是火星表面環(huán)境是以硫為主的，而地球表面環(huán)境是以碳為主的。像龍舌蘭洞穴這樣以硫為主的洞穴，是對火星地表下環(huán)境的有趣想象?；鹦怯袥]有類似這樣的洞穴？洞穴里會不會生存著用硫呼吸的微生物？

在諾亞紀結束后的7億年里，火星進入演化的中期（西方紀）：火星地質活動開始減弱，開始變冷，但薩希思大火山省和位于平原的火山仍然持續(xù)活動，直到這個時期的尾聲。大量的外流河道出現(xiàn)并發(fā)展。從全球來看，河流將南半球剝蝕形成的碎屑物和沉積物填充到北部低地。類比這個時期的火星，主要是冰川和水，冰川與火山的相互作用，冰川下埋藏的冰湖，以及生存在這些環(huán)境中的生命等等。在地球上，南極、冰島，還有位于加拿大北極圈內的阿克塞爾海伯格島等等都是著名的類比區(qū)。這里我們主要介紹南極和冰島。

南極既可以類比現(xiàn)代火星，也是中期火星的絕佳類比區(qū)。南極冰川的季節(jié)性消融，可以幫助科學家了解冰凍環(huán)境中冰川短時間溶解對鹽富集的作用，這可能是火星表面鹽聚集的一個重要方式。位于泰勒冰川和波尼湖交界的“血瀑布”，因白色的冰川上持續(xù)流出紅色的水而得名。原來泰勒冰川下埋藏著另一個湖，與波尼湖并不相連。湖水水溫很低，沒有光照、沒有氧、鹽度很高，富含二價鐵。當湖水間歇性的穿透冰川暴露在空氣中，二價鐵被氧化成三價鐵，就顯出了血紅色。更讓人驚奇的是，湖水中存在著約17種不同的微生物，它們不依靠光合作用，而是有效的利用湖水中所含的鹽類和極少量的有機物來為自身提供能量，這種呼吸方式在地球上非常罕見?？茖W家還在這里測試鉆取湖水而不污染水樣的方法。

類似這種被冰川埋藏在深處的湖泊，被稱為冰下湖。今年歐空局的科學家們報道了“火星快車”用雷達探測到火星南極冰蓋下約1.5公里處，可能存在冰下湖的證據，引起熱議。當然這個發(fā)現(xiàn)還需要被其他探測器進一步核實。而在地球的南極冰蓋下，目前已知的冰下湖約有400個，其中許多也是被可以穿透冰層的雷達發(fā)現(xiàn)的。最大最著名的是沃斯托克湖，位于冰下4公里?？茖W家們在這個湖上層的冰蓋上建立了研究站，通過鉆取冰芯研究極限環(huán)境的微生物和環(huán)境演化歷史。這些位于冰川深部的水，是如何保持液態(tài)的呢？冰層的壓力和保溫效應，可以使冰層的深部部分融化為液態(tài)；如果是源自海水的原有液態(tài)水，鹽分也有助于降低湖水的冰點。根據估算，火星冰層下原有的液態(tài)水，可以在600米以下的位置穩(wěn)定存在，無需額外熱源；地熱融化冰層的深度，需要達到約4-6公里深，這與火星北極冰蓋的厚度相當。

冰煙囪是南極另一個有趣的火星類比奇觀。在南極羅斯島的埃里伯斯峰，許多的冰煙囪在冰雪覆蓋的大地上吐著熱氣。冰煙囪是由活火山散發(fā)的熱氣在冰雪覆蓋的地表上作用形成的。冰煙囪的外層是寒冷干燥的空氣，而內部卻是溫暖濕潤的環(huán)境；冰層還有效阻擋了紫外線，使煙囪內的環(huán)境更溫和更宜居。雖然目前在火星表面還沒有直接觀察到冰煙囪，但類似這樣溫暖濕潤的被埋藏的通道，卻被認為是可能存在的。（編輯/高緯時）