泛濫的湖泊如何創(chuàng)造了火星上的山谷

泛濫的湖泊如何影響了火星的地貌

這張地圖展示了盧瓦爾河谷（白線），這是一個(gè)由巴拉那盆地的湖水溢出形成的峽谷（白色的輪廓）。這只是早期火星上由湖泊泛濫所造成的眾多山谷之一。 圖片來自美國航天局/戈達(dá)德航天飛行中心/噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室/亞利桑那州立大學(xué)/行星科學(xué)研究所。

數(shù)十億年前，火星上遍布湖泊與河流。直到今天仍然可以看到許多古老的河谷，這證明火星曾經(jīng)是一個(gè)明顯潮濕的世界。如今，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一些關(guān)于這些山谷是如何形成的新線索：泛濫的湖泊。

根據(jù)德克薩斯大學(xué)蒂莫西·A·古奇領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新研究顯示，至少有25%的山谷是由湖泊泛濫造成的，即湖泊中的水位超過了湖泊的邊緣。類似于洪水決口和沖破堤壩。

結(jié)果，發(fā)生了巨大的洪水，在周圍的土地上侵蝕出了山谷。

陸上湖泊

多個(gè)軌道飛行器、著陸器和漫游車已經(jīng)證實(shí)：在火星失去大部分大氣和溫度并成為我們今天看到的寒冷干燥的世界之前，早期火星上有豐富的湖泊和河流。盡管最近的一項(xiàng)研究表明大部分水都被鎖在地殼的礦物質(zhì)中，但大部分水的去向仍有爭(zhēng)議。

然而新發(fā)現(xiàn)表明，火星表面曾經(jīng)非常潮濕，以至于湖泊經(jīng)常溢出。幾十億年的時(shí)間能帶來多大的改變??！

行星科學(xué)研究所 (PSI) 的亞歷山大·摩根解釋說：

我們發(fā)現(xiàn)，火星山谷群總侵蝕量中至少有四分之一是由湖泊泛濫造成的。考慮到由湖泊泛濫形成的山谷僅占火星山谷總長(zhǎng)度的3%，這么高的數(shù)字尤其引人注目。 這種差異的原因是因?yàn)槌隹趰{谷明顯比其他山谷深得多。這些洪水將塑造火星的整體地形，影響其他山谷的流動(dòng)路徑。我們的結(jié)果并沒有否定早期火星上降水產(chǎn)生徑流的重要性。相反，液態(tài)水必須保持足夠長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間，以便湖泊能夠從入口處的河流中填滿。

早期潮濕的火星上泛濫的湖泊

正如論文中所述，在火星潮濕時(shí)期，湖泊泛濫似乎很常見：

早期火星的地表環(huán)境有一個(gè)活躍的水文循環(huán)，包括流動(dòng)的液態(tài)水，它侵蝕了河谷并注滿了湖盆。這些湖盆中的200多個(gè)湖盆充滿了足夠的水，沖破了封閉的地形，造成了災(zāi)難性的洪水和出口峽谷的切口。

德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的地質(zhì)學(xué)家蒂莫西·A·古奇領(lǐng)導(dǎo)了關(guān)于早期火星湖泊泛濫的新研究。 圖片來自德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校。

看到如此多的水從湖泊中沖刷下來并蝕刻出廣闊的山谷，一定是相當(dāng)壯觀的景象。 而現(xiàn)在，那些山谷和峽谷卻極度干燥，甚至比地球上的沙漠還要干燥。

繪制湖泊和山谷地圖

那么，研究人員是如何確定火星上發(fā)生了如此多的洪水呢？ 他們使用了火星的全球地圖來確定哪些山谷是由泛濫的湖泊所形成的。他們讓算法去計(jì)算山谷被侵蝕的體積，然后將湖泊泛濫形成的峽谷的體積與其他山谷群進(jìn)行比較。正如摩根所闡述的：

很長(zhǎng)時(shí)間以來，人們普遍認(rèn)為火星上的一些山谷是由于湖泊泛濫而形成的，但是我們的研究是第一個(gè)火星全球性的分析。先前的研究認(rèn)為，火星上的山谷群和地球上的河谷群之間的差異證明了火星地貌是由地表水以外的過程形成的，如地下水或冰川侵蝕。但我們的研究結(jié)果表明，火星上的許多山谷實(shí)際上更類似于地球上的災(zāi)難性洪水，比如那些在最后一次冰期的末期塑造了美國西北部山谷的洪水。

奧蘇加峽谷群是火星上眾多河道中的一組復(fù)雜的古老河道。 新的研究表明，至少有四分之一的此類河道或山谷是由泛濫的湖泊引發(fā)的洪水造成的。 圖片來自 歐洲航天/德國航空航天中心/柏林自由大學(xué)/新科學(xué)家。

古奇補(bǔ)充道：

如果我們考慮一下沉積物是如何在火星表面移動(dòng)的，那么湖泊泛濫就是沉積物在火星全球范圍內(nèi)移動(dòng)的一個(gè)非常重要的過程。這是一個(gè)有點(diǎn)令人吃驚的結(jié)果，因?yàn)殚L(zhǎng)期以來，它們一直被認(rèn)為是一次異常的結(jié)果。

火星上的氣候變化

研究結(jié)果不僅為科學(xué)家提供了關(guān)于火星上水的線索，而且還提供了氣候如何從溫暖潮濕變?yōu)楹涓稍锏木€索。當(dāng)火星曾經(jīng)存在流淌著大自然的甘露時(shí)，它是如何變得如此不適合居住的？從來沒有人質(zhì)疑火星曾經(jīng)有過很多水，但問題不在于火星是否改變了，而在于它是如何改變的。摩根表示:

然而，幾乎所有人都同意早期火星環(huán)境經(jīng)歷了巨大的氣候變化。在干旱時(shí)期，撞擊坑和火山活動(dòng)會(huì)擾亂先前形成的河流，實(shí)際上是形成了水壩。當(dāng)氣候變暖到能夠使地表的液態(tài)水穩(wěn)定存在的程度時(shí)，由于必須在隕石坑中創(chuàng)造新的流動(dòng)路徑，這時(shí)就會(huì)發(fā)生大量洪水。如果湖泊泛濫不是早期火星侵蝕的重要驅(qū)動(dòng)因素，這將會(huì)是一個(gè)令人難以置信的發(fā)現(xiàn)。

湖泊曾經(jīng)在火星上很常見，就像這位藝術(shù)家描繪的數(shù)十億年前蓋爾隕石坑的湖泊一樣。 圖片來自美國航天局/加州理工學(xué)院噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室/歐洲航天局/德國航天航空中心/柏林自由大學(xué)/MSSS。

一個(gè)冰冷的世界

洪水可能早已過去，但火星上仍有大量的冰狀水。不僅在兩極，還有二氧化碳冰(干冰) ，而且在地下也是如此。最近的另一項(xiàng)研究表明，塵?？梢詭椭乇硐碌囊恍┍鶎尤诨?，產(chǎn)生相對(duì)少量的液態(tài)水。有些地方也可能有咸鹽水。2018年和2020年，科學(xué)家報(bào)告在南極冰蓋下發(fā)現(xiàn)了湖泊。然而，最近的一項(xiàng)研究表明，這些湖泊實(shí)際上是由其他物質(zhì)組成的例如鹽冰（被鹽融化的冰）或粘土。

從前濕漉漉的世界如今是一個(gè)寒冷、冰凍和干燥的世界。

總結(jié)：對(duì)古代火星山谷的一項(xiàng)新研究表明，其中至少有四分之一是數(shù)十億年前溢出湖泊的大洪水造成的。

BY:Paul Scott Anderson

FY:藍(lán)多多

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