火星早期岩石揭示至少三次独立水活动事件

意外发现：火成岩而非沉积岩

2023年9月，NASA的毅力号火星车抵达杰泽罗陨石坑内缘的“边缘单元”（Margin Unit）时，任务科学家们对眼前的景象感到惊讶。这片地质区域沿着古老火星湖泊的湖岸线延伸，根据轨道器的观测，科学家原本预期会在这里找到沉积岩——由沙粒历经数千年层层堆积形成的岩石。沉积岩富含黏土和粉砂，在地球上常能完好保存远古微生物的痕迹。更令人期待的是，火星轨道器探测到强烈的碳酸盐矿物信号，而在地球上，碳酸盐通常形成于浅海或湖泊环境，这些环境恰恰是生命可能繁衍生息的场所。

然而，毅力号实际发现的却是火成岩。火成岩可以形成于地下深处的岩浆，或由地表火山活动产生。这类岩石是极佳的地质记录者，其内部的矿物晶体能精确保存形成瞬间的细节。在这批岩石中，科学家发现它们记录了与火星早期水相互作用的复杂历史——至少三次独立的水活动事件，每一次都进一步改变了岩石的化学组成和外观。相关研究成果于2026年9月21日发表在《通讯·地球与环境》（Communications Earth & Environment）期刊上。

关键仪器：SuperCam激光光谱仪

这项发现的核心工具是安装在火星车桅杆上的SuperCam仪器。它通过分析地质特征反射的光线来确定矿物成分。当科学团队发现感兴趣的岩石时，可以指令SuperCam发射激光，射程最远可达6.5米。激光产生的等离子体光谱揭示了目标的化学成分。毅力号已用此方法分析了边缘单元内超过185个基岩目标。

研究第一作者、普渡大学研究科学家坎迪斯·贝德福德（Candice Bedford）表示：“在抵达边缘单元之前，基于轨道观测的主要假说认为，从轨道看到的碳酸盐形成于杰泽罗陨石坑湖泊与岩石的相互作用。但现在我们知道，这个地点成为了水系统的十字路口。边缘单元的发现之所以重要，是因为杰泽罗陨石坑位于火星最大的碳酸盐暴露区域之一，因此我们在这里学到的东西远不止这个陨石坑本身。”

缓慢冷却的地下岩浆与橄榄石

毅力号在边缘单元跨越了约265米的海拔高度。在较高海拔处，它发现了粗粒结晶的岩石——这是橄榄石矿物的典型特征——几乎没有任何水作用的痕迹。这些橄榄石由镁和铁组成，形成于地下深处的岩浆体中，由于冷却缓慢，矿物颗粒得以长大，直到上覆地层被侵蚀后才露出地表。

在边缘单元较低处、古湖床上，岩石面貌发生了转变：橄榄石颗粒出现裂缝，裂缝中填充了二氧化硅。碳酸盐和二氧化硅矿物是寻找远古生命的重要标志。在地球上，当水与橄榄石相互作用时，反应可能释放氢气——这可以作为某些微生物的食物来源，同时留下碳酸盐和二氧化硅，这两种矿物能锁定微生物曾经存在的痕迹。

三次独立的水活动事件

毅力号团队能够确定边缘单元与水相互作用的先后顺序，但无法确定具体年代。

第一次水事件：富含二氧化碳的地下水与橄榄石发生反应，在低海拔基岩的裂缝中形成了碳酸盐脉。如今，这些碳酸盐填充的裂缝因周围较软的岩石被侵蚀而凸起残留。
第二次水事件：可能与陨石坑内曾经存在的湖泊有关。研究合著者、夏威夷大学马诺阿分校的行星科学家埃莱尼·拉瓦尼斯（Eleni Ravanis）指出：“边缘单元的部分岩石也含有二氧化硅。橄榄石转化为碳酸盐的过程会留下二氧化硅，我们在位于古水线以下的岩石中看到了更多的二氧化硅。”
第三次水事件：在边缘单元东部一处地点，产生了约25厘米厚的矿物脉，生成硫酸钙和萤石等矿物。萤石的发现是一个重要线索，因为它通常形成于热水流经火山岩的过程中，表明该区域经历了一次涉及加热地下水的后期事件。

研究意义与未来展望

贝德福德总结道：“如果我在火星车工作十年中学到了一件事，那就是火星不断给你带来惊喜。从轨道数据推断的情况很少与实际情况一致。我希望这项工作能帮助重塑科学家对杰泽罗陨石坑乃至整个火星水历史的看法。最终，我希望它能帮助行星科学家重建早期火星的气候变化和宜居性。”

这项研究不仅揭示了火星水活动的复杂性，也为未来寻找火星生命迹象提供了关键线索。碳酸盐和二氧化硅作为微生物活动的潜在记录者，其分布和形成机制将指导后续采样返回任务的选址。毅力号目前仍在继续探索边缘单元，未来可能采集更多样本，为人类最终解答“火星是否曾存在生命”这一根本问题积累证据。

研究详情

论文标题：Lake- and groundwater-associated alteration of the olivine-rich Margin unit in Jezero crater, Mars

期刊：Communications Earth & Environment (2026)

DOI：10.1038/s43247-026-03997-9

第一作者：Candice C. Bedford（普渡大学）

主要资助：NASA火星探索计划

原标题：Early Mars rocks reveal at least three separate water episodes。来源：phys.org。

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