港大研究揭示古老火星火山活动背后的垂直构造过程

港大研究揭示古老火星火山活动背后的垂直构造过程图1.红外图像数据上的地形数据显示了火星埃里达尼亚地区复杂的构造结构和火山沉积。暖色调代表海拔较高。资料来源：美国国家航空航天局/火星奥德赛/HRSC洞察火星火山活动香港大学（港大）地球科学系地质学家约瑟夫-米夏尔斯基（JosephMichalski）教授的最新研究揭示了火星火山活动的惊人奥秘。他提出，火星上的火山活动远比人们以前认识到的要丰富得多，其驱动力来自一种被称为垂直构造的早期地壳循环形式。这些发现最近发表在《自然-天文学》上，揭示了火星古老的地壳及其对了解火星和地球早期地壳循环的潜在影响，它提供了对古代地壳再循环的洞察力，为火星和地球地质学提供了新的视角。图2.彩色图像数据覆盖在地形图上，显示出火星埃里达尼亚地区大型平流火山的三维视图。资料来源：NASA/ESA/HRSC重新思考火星的火山景观传统上，人们知道火星上有类似夏威夷的大型盾状火山。然而，人们并不知道火星还拥有地球上由于地壳循环而形成的多种多样的爆炸性火山。Michalski教授和他的国际团队最近进行的研究在火星古老的地壳中发现了大量种类繁多的火山。他解释说："我们几十年前就知道火星上有火山，但大多数公认的火山都是大型玄武岩盾状火山，类似于构成夏威夷的火山。在这项研究中，我们发现火星古老的地壳中还有许多其他类型的火山，如熔岩穹丘、地层火山、火山口以及由火山灰（而非熔岩）构成的大型盾状火山。此外，大多数科学家认为火星是一颗由玄武岩组成的行星，玄武岩的二氧化硅含量低，几乎不代表地壳演化，但这些火山的二氧化硅含量很高，这意味着它们是由以前不为人知的复杂岩浆演化过程形成的。"垂直构造和地壳循环论文认为，远古火星上发生了强烈的火山活动，导致地壳塌陷到地幔中，岩石在地幔中重新熔化，产生了高硅的岩浆。这种构造过程被称为垂直构造，据推测在古地球上也曾发生过，但地球上那个时期（距今30多亿年前的Archean时期）的岩石被后来的地质活动严重改变，因此我们无法在这颗行星上清楚地看到这一过程的证据。因此，探索像火星这样有火山活动但没有板块构造的其他行星，有助于揭示红色星球早期地壳循环的奥秘，并以此类推，揭示早期地球的地壳循环奥秘。发现的意义Michalski教授总结说："火星上的重要地质拼图不仅有助于我们了解火星，也有助于我们了解地球。火星火山活动比人们以前想象的要复杂和多样得多"。港大地球科学讲座教授赵国春教授说："这是一项重大发现，因为它揭示了地壳循环不仅可以发生在以水平运动为主的板块构造体系中，也可以发生在以垂直运动为主的前板块构造体系中。这一发现有助于地球科学家解决长期以来备受争议的问题，即我们的星球（地球）是如何以及何时形成岩石大陆的。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1420541.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1420541.htm

像重装甲一样的地壳 - 新研究揭示了火星的独特结构

像重装甲一样的地壳-新研究揭示了火星的独特结构苏黎世联邦理工学院的火星地震服务中心于2022年5月检测到地球以外天体上有史以来最强烈的火星地震。这一事件的震级约为4.6级，通过作为NASA洞察号火星任务一部分部署的地震仪在火星表面记录下来。“这次火星地震发出了沿着火星表面传播的强烈地震波，”苏黎世联邦理工学院地球物理研究所的地震学家DoyeonKim说。经过三年多的日常监测，随着InSight地震仪功率水平的下降，研究人员获得了一次大规模火星地震的数据。从这次大型火星地震中观测到的表面波不仅从地震源传播到测量站，而且还继续绕着整个行星传播了几次。这些数据不仅提供了有关火星特定区域的信息，还提供了火星的全球视图。地震学家、刚刚发表在《地球物理研究快报》杂志上的一项研究的主要作者说：“从这次地震中，我们观察到了围绕火星旋转三圈的表面波，这是整个洞察号任务期间记录的最大地震。”为了获得有关波穿过的结构的信息，研究人员测量了这些波在不同频率下传播的速度。火星表面的地形图（左）和地壳厚度的表示（右）。图片来源：MOLA科学团队/DoyeonKim，苏黎世联邦理工学院这些地震速度提供了对不同深度的内部结构的洞察。此前，观测到的两次大型陨石撞击产生的表面波也使得沿着其特定传播路径的区域发现成为可能。“现在，我们有了代表全球结构的地震观测数据，”金说。将新获得的结果与火星重力和地形的现有数据相结合，研究人员能够确定火星地壳的厚度。平均长度为42至56公里（26-35英里）。平均而言，伊西迪斯冲击盆地的地壳最薄，约为10公里（6英里），而塔尔西斯省的地壳最厚，约为90公里（56英里）。从这个角度来看，地震数据表明，地壳的平均厚度为21至27公里（13–17英里），而阿波罗任务地震仪测定的月球地壳平均厚度为34至43公里。“这意味着火星地壳比地球或月球的地壳厚得多，一般来说，太阳系中较小的行星体比较大的行星体具有更厚的地壳。”金解释说：“我们很幸运能够观察到这次地震。在地球上，我们很难使用与火星上发生的相同震级的地震来确定地壳的厚度。虽然火星比地球小，但它传输地震能量的效率更高。”这项研究最重要的结果之一涉及火星北半球和南半球之间的差异。自从望远镜出现以来，人们就观察到了这种对比。它在火星卫星的图像中尤其明显。火星的北半球由平坦的低地组成，而南半球则有高原。北部低地和南部高地之间的划分被称为火星二分法。“人们可能认为这种差异可以用两种不同的岩石成分来解释，”金说：“一种岩石比另一种更致密。”虽然南北的成分可能相同，但地壳的厚度却有所不同。如果南部地壳较厚，则其下方的火星地幔物质密度较低，而北部地壳较薄，则这种致密、较重的物质较多。研究人员究竟能够证明什么？他们写道：“根据地震观测和重力数据，我们表明北部低地和南部高地的地壳密度相似。相比之下，南半球的地壳比北半球的地壳延伸得更深。”金说：“这一发现非常令人兴奋，它结束了关于火星地壳起源和结构的长期科学讨论。去年对陨石撞击火星的分析已经提供了证据，证明南北地壳是由相同的材料构成的。”从厚厚的火星地壳中也可以得出进一步的结论。“我们的研究提供了地球如何产生热量并解释了火星的热历史，”金说。当今火星内部产生的主要热量来源是钍、铀和钾等放射性元素衰变的结果。研究发现，50%至70%的产热元素存在于火星地壳中。这种高积累可以解释为什么下面的局部区域今天可能仍在发生熔化过程。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1371757.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1371757.htm

最新地球地壳演化研究结论与既定理论相矛盾

最新地球地壳演化研究结论与既定理论相矛盾宾夕法尼亚州立大学领导的一项研究揭示，数十亿年来，地壳一直在持续缓慢的再演变过程，而不是在大约30亿年前迅速放缓其增长速度。研究人员说，这一新发现与现有理论相矛盾，现有理论认为地壳板块在地球历史早期迅速形成。这项研究最近发表在《地球化学展望通讯》（GeochemicalPerspectivesLetters）杂志上。主要作者、地球科学助理教授杰西-雷明克（JesseReimink）说，这项工作可能有助于回答有关我们地球的一个基本问题，并可能为其他行星的形成提供线索。Reimink说："主流理论指出，大约30亿年前是一个拐点，这意味着在板块突然转向之前，我们的地球是一个停滞的盖层行星，没有构造活动。我们已经证明事实并非如此。"为了描绘地壳的形成过程（或地壳生长曲线），研究人员利用了地球岩石记录数据库中的60多万个样本。包括宾夕法尼亚州立大学在内的全球研究人员对记录中的每个岩石样本进行了分析，以确定地球化学含量和年龄。研究人员之所以选择岩石记录而不是矿物样本，是因为岩石记录在这些时间尺度上更为敏感，不易出现偏差。宾夕法尼亚州立大学地球科学助理教授杰西-雷明克（JesseReimink）领导的研究表明，地壳在数十亿年中一直在缓慢地进行再加工，而不是在大约30亿年前迅速放缓其增长速度。雷明克说，这项工作与现有的理论相矛盾，现有理论认为在地球历史的早期，构造板块迅速形成。图片来源：杰西-莱明克提供研究人员知道矿物记录的可靠性会随着时间的推移而降低，因此他们利用岩石记录重新绘制了地壳增长曲线。为此，他们开发了一种独特的方法来确定可追溯到数百万年前的火成岩是如何随着时间的推移被重新加工和改造的：通过实验证明同一块岩石是如何随着时间的推移发生不同变化的。岩石可以通过多种方式被改造，比如风化成沉积物或在地幔中被重熔，因此研究人员利用这些实验数据为新型数学工具提供信息，这些工具能够分析岩石记录并计算出样本变化的差异。Reimink说："我们通过观察火成岩的成分，以一种新的方式计算出沉积物的比例，从而计算出发生了多少再加工。"他们利用这些计算来校准岩石记录中的再加工。然后，研究人员利用对岩石再加工方式的新理解，计算出了地壳增长曲线。他们将新计算出的曲线与其他专家从矿物记录中收集到的增长速度进行了比较。Reimink和他的团队的工作表明，地壳沿着地幔（地壳所处的地幔层）的轨迹运行，这表明两者之间存在关联。这并不是地球科学家第一次提出地壳生长更渐进的观点；然而，这是第一次用岩石记录来支持这一观点。他说："我们的地壳增长曲线与地幔的增长记录相吻合，因此这两个信号似乎在某种程度上重叠了，而在使用矿物记录来创建地壳增长曲线时，这两个信号并没有重叠。"这项研究提高了研究人员的认识，但它并不是地壳生长研究的全部。数据点实在太少，不足以说明地壳的广阔时空。不过，进一步分析现有的数据点可能有助于为其他行星的研究提供信息。例如，金星没有构造板块，可能是早期地球的现代范例。"地球和金星什么时候变得不一样了？"Reimink问道。"它们为什么会变得不同？地壳的生长速度对此有很大的影响。它告诉我们行星是如何在不同的轨迹上进化的，是什么和为什么"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1386817.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1386817.htm

NASA好奇号漫游车发现远古火星上存在类似地球环境的迹象

NASA好奇号漫游车发现远古火星上存在类似地球环境的迹象美国宇航局的"好奇号"漫游车继续寻找火星盖尔陨石坑条件可能支持微生物生命的迹象。图片来源：NASA/JPL-Caltech/MSSS洛斯阿拉莫斯国家实验室空间科学与应用小组的帕特里克-加斯达（PatrickGasda）是这项研究的第一作者，他说："氧化锰很难在火星表面形成，所以我们没想到会在海岸线沉积物中发现如此高浓度的氧化锰。"在地球上，这类沉积物经常出现，因为大气中的高氧是由光合生命以及帮助催化锰氧化反应的微生物产生的。"在火星上，我们没有生命存在的证据，火星古老大气中产生氧气的机制也不清楚，因此氧化锰是如何形成并集中在这里的确实令人费解。"加斯达补充说："这些发现表明火星大气或地表水中存在更大的过程，也表明需要做更多的工作来了解火星上的氧化作用。"ChemCam由洛斯阿拉莫斯公司和法国国家空间研究中心（CNES）共同开发，它利用激光在岩石表面形成等离子体，然后收集光线，以量化岩石中的元素成分。漫游车探索的沉积岩由沙、淤泥和泥混合而成，与构成盖尔陨石坑大部分湖床岩石的泥质相比，沙质岩石的孔隙更大，地下水更容易通过沙质岩石。研究小组研究了锰如何在这些砂岩中富集--例如，地下水渗过湖岸或三角洲口的砂岩--以及哪种氧化剂可能导致岩石中锰的沉淀。在地球上，由于大气中的氧气，锰会变得富集，而微生物的存在往往会加速这一过程。地球上的微生物可以利用锰的多种氧化态作为新陈代谢的能量；如果远古火星上有生命存在，那么湖岸边这些岩石中增加的锰含量就会成为生命的有用能源。ChemCam仪器的首席研究员尼娜-兰扎（NinaLanza）说："这些古老岩石所揭示的盖尔湖环境，为我们提供了一个了解宜居环境的窗口，它看起来与今天地球上的地方惊人地相似。锰矿物在地球上湖岸的浅层含氧水域中很常见，在古老的火星上发现这种可识别的特征非常了不起"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429625.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429625.htm

研究发现30亿年前的地幔温度升高热使地球地壳“年轻化”

研究发现30亿年前的地幔温度升高热使地球地壳“年轻化”为了进一步了解地壳的历史，研究人员对中国西南扬子克拉通花岗岩中的锆石颗粒进行了研究（如显微镜下所示）。图片来源：WeiWang然而，陨石坑是微小锆石颗粒的家园，其中含有多种同位素系统，如铀、铪、氧或铅，为我们提供了一种了解数十亿年前历史的方法。与熔岩或岩浆形成的火成锆石相比，在岩石风化后的沉积物中发现的碎屑锆石能更连续地记录地球的历史。但是，由于碎屑锆石缺乏关于其来源岩石的岩石成因信息，它们可能会人为地暗示古老岩石的年轻年龄和不正确的铪同位素。在一项新的研究中，科学家们重点研究了完整的火成岩锆石。以前的研究表明，在距今约30亿年前从古新纪向中新纪过渡期间，位于碎屑岩和火成岩锆石中的铪同位素比值有所增加。这种增加被认为是地壳年轻化的结果，即较新的岩浆注入较老的地壳岩石。人们普遍认为，岩浆的增加也标志着从不动的地壳和地幔过渡到更加不稳定的板块运动时期。新研究对中国西南西南扬子克拉通花岗岩岩石的火成锆石和其他地球化学性质进行了研究，对这一理论提出了挑战。研究人员认为，这一时代全球范围内发生的地壳年轻化是地幔温度升高的结果，而不是大范围构造活动的结果。通过分析火成岩锆石中的同位素收集到的数据表明，较年轻的岩浆流入现有的大陆地壳，导致地幔岩石熔化，热岩浆在地壳-地幔边界汇集。这些部分熔化的岩浆有的会冷却成花岗岩，如西南扬子克拉通的花岗岩。这一过程可能在大陆地壳的生长过程中发挥了重要作用，并为我们今天所知的地球构造的起源提供了新的可能解释。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429134.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429134.htm

新研究挑战了关于大型岩浆喷发起源的传统观点

新研究挑战了关于大型岩浆喷发起源的传统观点玄武岩是一种火山岩，它是由含有大量黑质矿物（如辉石和橄榄石）的熔岩冷却和凝固后形成的。当这种熔岩从火山中喷发出来并与地球表面接触时，就会发生玄武岩熔岩喷发。这些喷发可以是爆炸性的，也可以是更多的喷发，在很长一段时间内缓慢而稳定地在地表流动。玄武岩熔岩通常比其他类型的熔岩更具流动性，这使得它可以轻松流动并覆盖大片区域。赫尔辛基大学的JussiHeinonen博士是最近描述这项研究的《岩石学杂志》文章的主要作者，他解释说："洪积玄武岩喷发一般需要在低压条件下熔化地幔的想法主要是基于喷发的岩浆的微量元素组成。"他进一步指出，许多洪积玄武岩中稀土元素的相对数量表明岩浆在低压地幔矿物的存在下形成。南极洲DronningMaudLand的洪积玄武岩源于一个特别深的地幔源。资料来源：ArtoLuttinen这项新的研究是作为一个研究项目的一部分进行的，该项目重点关注当南部非洲和南极洲在大约1.8亿年前作为盘古大陆的一部分相互连接时，在这些大陆上爆发的洪水玄武岩的起源。赫尔辛基大学研究小组组长ArtoLuttinen博士介绍说："我们对非洲和南极洲构造板块厚而非薄的地区出现的大多数洪积玄武岩感到好奇，此外，我们发现许多具有稀土元素成分的洪积玄武岩，暗示着高压形成条件，实际上位于构造板块的薄区域。"在研究小组在莫桑比克发现一种洪泛玄武岩后，另一种假说的想法开始形成，这种玄武岩在成分上显示出异常高的喷发温度。赫尔辛基大学的博士生SanniTurunen补充说："这些洪积玄武岩使我们考虑到这样一种可能性，即特别热的地幔的熔化可能导致高压岩浆的形成，其微量元素特征与低压岩浆相似。"研究人员决定使用地球化学建模工具REEBOXPRO来测试他们的假设，该工具能够真实地模拟地幔熔化过程中的矿物、熔体及其微量元素含量的行为。文章的共同作者、REEBOXPRO工具的开发者之一、奥胡斯大学的EricBrown博士说："我们很高兴地发现，模拟结果支持了我们的假设，预测了石榴石的总消耗量，石榴石是高压条件下的诊断矿物，当地幔熔化发生在洪荒玄武岩所显示的高温下时。"因此，当地幔来源非常热时，在高压下形成的岩浆在化学上可能类似于低压岩浆。此外，结果表明，当选择不同种类的地幔源进行建模时，石榴石在相对较低的压力下生存。"我们的结果有助于我们理解南部非洲和南极洪积玄武岩的出现和它们的微量元素特征之间的明显争议。最重要的是，我们表明大量的洪积玄武岩可以在厚构造板块区域形成，而且除非考虑到地幔温度和成分的影响，否则洪积玄武岩的微量元素成分是岩浆生成深度的不可靠的指标。"作者总结道。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1338515.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1338515.htm