大气氧化与现代火星的形成

《大气氧化与现代火星的形成》

地球和火星都是在约45亿年前形成的，但它们早期的表面与今天有很大不同。火星早期表面受到来自晚重轰炸期的高速陨石和小行星撞击的影响。然而如今的火星寒冷干燥，拥有两个冰冷的极地和一个氧化的大气层——例如铁质材料会生锈。而早期的火星则以冰冷的高地、间歇性温暖和还原性大气为特征。

这一气候转变的原因一直不清楚。现在，中国的一个研究团队找到了证据表明大气氧化导致了火星在早期历史上变得寒冷和极地化。他们的工作发表在《自然通讯》上。

诺亚纪是火星上陨石撞击率很高、可能存在丰富地表水的早期时期。确切的时间跨度尚不确定，但诺亚纪大概在41到37亿年之间。它后面是赫斯珀里亚时期，距今37到30亿年。

近年来出现的证据表明早期火星大气中主要是二氧化碳（CO2），还有像氢这样的还原性气体。在还原性大气中，由于缺乏氧气和其他氧化性气体，氧化被阻止，而还原气体比如氢、一氧化碳和甲烷会迅速吸收任何氧气，其中氢会转化为水相。

还原性大气可以产生强烈的温室效应，这可能在火星早期变暖中起了重要作用。由于温室效应的强度与还原气体的存在密切相关，因此当时的大气氧化导致了今天所看到的寒冷。 （如今火星的温室效应只有大约8°C，而地球上的温室效应约为33°C。）

“我们的发现表明，火星表面温度在诺亚纪期间逐渐从以海拔为主导转变为以纬度为主导，伴随着大气氧化”，他们写道。

该团队的一项建议是，冰风化和“低温条件促使了表面铁的耗竭，这可能是由还原性大气下的无氧淋滤在冻融循环中导致的。”

进一步的分析使他们推测，尽管水的低pH值（低于3）可以使铁离子迁移，但酸性淋滤不能充分解释火星表面广泛地区的铁耗竭。从诺亚纪早期到晚期铁的淋滤强度下降，表明了大气氧化的逐渐过程；随着火星大气的氧化，其温室效应减弱，最终导致了今天所见的寒冷干燥星球，两极都有冰。

刘指出，一些科学家认为冰川环境——火星厚厚的冰圈下的亚表面，结合了稳定、长期的液态水和热量——可能适合生命栖息。

这项研究利用了火星的全球地质差异来确定格网中的相对表面年龄和相对铁含量。这些数据更好地理解了氧化还原转变和气候模式转变之间的关系。