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Apr. 28 2022

火星上神祕的岩石可能來自於劇烈的火山過程

  • 2005年精神號的全景相機 (Pancam)拍攝到古瑟夫隕石坑(Gusev Crater)中富含橄欖石的岩層露頭。圖片來源:NASA/JPL/Cornell/ASU

    2005年精神號的全景相機 (Pancam)拍攝到古瑟夫隕石坑(Gusev Crater)中富含橄欖石的岩層露頭。圖片來源:NASA/JPL/Cornell/ASU

  • 左圖是精神號的顯微照像儀的馬賽克照片,顯示了深色對角線排列特徵帶有火焰狀的形狀,火焰狀可能是扁平的浮石碎片,稱為火焰石(fiamme),其中包括淺色晶體(白色長方形),類似右圖的地球熔接凝灰岩。暗角部分是來自精神號硬體的影子。兩個圖像中的白色比例尺代表 1公分。圖片來源:NASA/JPL/USGS and Scripps Institution of Oceanography

    左圖是精神號的顯微照像儀的馬賽克照片,顯示了深色對角線排列特徵帶有火焰狀的形狀,火焰狀可能是扁平的浮石碎片,稱為火焰石(fiamme),其中包括淺色晶體(白色長方形),類似右圖的地球熔接凝灰岩。暗角部分是來自精神號硬體的影子。兩個圖像中的白色比例尺代表 1公分。圖片來源:NASA/JPL/USGS and Scripps Institution of Oceanography

  • 左圖為假色照片顯示火星Nili Fossae地區富含橄欖石的岩層與右圖地球上熔接凝灰岩(真彩色)的對比。右圖裂痕是冷縮節理,與左圖中的非常相似。圖片來源:HiRISE/Google Earth

    左圖為假色照片顯示火星Nili Fossae地區富含橄欖石的岩層與右圖地球上熔接凝灰岩(真彩色)的對比。右圖裂痕是冷縮節理,與左圖中的非常相似。圖片來源:HiRISE/Google Earth

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2005年精神號的全景相機 (Pancam)拍攝到古瑟夫隕石坑(Gusev Crater)中富含橄欖石的岩層露頭。圖片來源:NASA/JPL/Cornell/ASU

2005年精神號的全景相機 (Pancam)拍攝到古瑟夫隕石坑(Gusev Crater)中富含橄欖石的岩層露頭。圖片來源:NASA/JPL/Cornell/ASU

近幾十年來,確認火星的形成和演化歷史,一直是火星軌道探測器和漫遊車的任務目標。

亞利桑那州立大學史帝夫.羅夫(Steve Ruff)的研究團隊,分析了幾個火星任務的數據,確認古瑟夫隕石坑和耶澤羅隕石坑(Jezero Crater)中,富含橄欖石的岩層,可能是熔接凝灰岩(ignimbrite),熔接凝灰岩一般來自於巨大的火山爆炸式噴發所形成。

此推論如果正確的,將有利於了解火星其他富含橄欖石岩層的區域,這表示火星早期,可能常有火山活動,此研究結果已經發表在《伊卡洛斯》(Icarus)期刊。

羅夫說:「有很多關於尼利槽溝(Nili Fossae)地區(包含耶澤羅隕石坑),大部分區域富含橄欖石岩層的起源之想法,此討論已經持續了將近20年的時間。」

富含橄欖石和碳酸鹽的岩層連結了 16 年前NASA精神號探索的古瑟夫隕石坑,以及2020年毅力號探索的尼利槽溝地區之耶澤羅隕石坑。這兩個地方的橄欖石是迄今為止在火星上發現最多的區域。以前沒有研究過此類富含橄欖石岩層的成分和形態上之相似性,現在看來,它們的形成方式相似。

橄欖石是一種常見的矽酸鹽類礦物,可能來自火星地函中產生的岩漿(同樣的過程也發生在地球上),所以火山作用是火星上富含橄欖石岩層是合理的解釋。先前的理論表示橄欖石可能由地函劇烈噴發出熔岩流所造成。

左圖是精神號的顯微照像儀的馬賽克照片,顯示了深色對角線排列特徵帶有火焰狀的形狀,火焰狀可能是扁平的浮石碎片,稱為火焰石(fiamme),其中包括淺色晶體(白色長方形),類似右圖的地球熔接凝灰岩。暗角部分是來自精神號硬體的影子。兩個圖像中的白色比例尺代表 1公分。圖片來源:NASA/JPL/USGS and Scripps Institution of Oceanography

左圖是精神號的顯微照像儀的馬賽克照片,顯示了深色對角線排列特徵帶有火焰狀的形狀,火焰狀可能是扁平的浮石碎片,稱為火焰石(fiamme),其中包括淺色晶體(白色長方形),類似右圖的地球熔接凝灰岩。暗角部分是來自精神號硬體的影子。兩個圖像中的白色比例尺代表 1公分。圖片來源:NASA/JPL/USGS and Scripps Institution of Oceanography

羅夫和研究團隊計畫檢驗一個主要假設:火山灰從火山煙流(volcanic plumes)慢慢地沉積。但是他們的觀察揭示了一段更加猛烈的歷史。

特別是,羅夫檢視了精神號顯微照像儀的馬賽克照片,並注意到具有不尋常岩理的岩石。羅夫查閱了線上圖書館裡面的地球岩石照片,發現一些火山岩的岩理與這些馬賽克照片中的岩理非常相似。

這種岩石稱為熔接凝灰岩,是地球上已知的巨大火山爆發產生的,當火山灰沉積時,溫度還很高,會熔融焊結在一起。岩石內可能含有火山碎屑物和浮石。熾熱的火山煙流和幾乎熔化的火山灰和浮石在地面上流過數十英里,並在短短幾天內沉積成數百英尺厚。熾熱的沉積物會在數月或數年內緩慢冷卻,這導致了冷縮節理(cooling joints)的裂痕。羅夫在火星上富含橄欖石的岩層發現了明顯相似的裂痕,增加了熔接凝灰岩起源的證據。

左圖為假色照片顯示火星Nili Fossae地區富含橄欖石的岩層與右圖地球上熔接凝灰岩(真彩色)的對比。右圖裂痕是冷縮節理,與左圖中的非常相似。圖片來源:HiRISE/Google Earth

左圖為假色照片顯示火星Nili Fossae地區富含橄欖石的岩層與右圖地球上熔接凝灰岩(真彩色)的對比。右圖裂痕是冷縮節理,與左圖中的非常相似。圖片來源:HiRISE/Google Earth

在地球上,熔接凝灰岩在美國西部的黃石國家公園等地被發現。黃石公園大約在210萬年前開始從巨大的火山爆發形成,現在火山臼已經被填滿。
 
羅夫說:「以前沒有人將火星上富含橄欖石岩層解釋為熔接凝灰岩,這可能是毅力號在過去一年中一直在採樣的岩石。」
 
火星擁有太陽系中最高的火山,熔岩流覆蓋了火星的大片區域,理所當然擁有火成岩,但是只有少數幾個地方暫時地被建議含有熔接凝灰岩。
 
根據該研究團隊的新發現,有可能在古瑟夫隕石坑和耶澤羅隕石坑中都有熔接凝灰岩。其他富含橄欖石岩層的地點也是熔接凝灰岩候選區域,而且它們似乎都在火星的早期形成,約在最初的十億年左右。
 
羅夫說:「富含橄欖石的岩層對於地球上大多數的熔接凝灰岩來說是不尋常的,但在古老的岩層中存有這種成分。現在有了火星上富含橄欖石的熔接凝灰岩之有力證據,也許表明了發生在行星早期地質演化過程中,富含熔融橄欖石的岩漿,來自於爆炸式噴發之火山活動,這個論述可能要等到毅力號收集的岩石樣本,在未來的火星任務被送返地球才能得到驗證。


 
資料來源:phys.org

本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。

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