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岩浆加热也许可以解释火星上的液态水从何而来

发布时间:2019-05-12 09:43:09  作者:漫步宇宙  来源:漫步宇宙  阅读:86

      近些年来,人们广泛认为早期的火星拥有大量的液态水。一些科学家认为这些液态水在剧烈的火星变暖过程中逃逸了。2017年,火星勘测轨道飞行器(Mars Reconnaissance Orbiter)在火星两极下发现了液态水存在的证据。随后在2018年,火星快车号(Mars Express)使用雷达发现了冰层下存在液态水的证据。液态水的存在需要较高的温度和压力,人们并不认为现在的火星拥有这些条件。这也使得科学家认为可能是火星南极地下的热源导致了冰层的融化。
      发现热源
      溶解了盐类的水融点更低,这也是为什么可以在冻结的人行道上放置食盐来除冰。火星表面的温度(162K,也就是零下111摄氏度)显然不足以融化纯冰,但是混合了盐的冰可以更轻易的融化。科学家提出火星南极下的冰有很高的盐含量,并受到了地下未知机制的加热,从而产生了一部分液态水。
      为了检验假说,科学家们模拟了南极冰盖下的热传导过程,建立了火星每一壳层向表面传热的模型。这些模型考虑了冰层中各种盐类和杂质的浓度,旨在确定融化冰层需要多少热量,以及怎样的过程会导致这样的加热。
    岩浆加热也许可以解释火星上的液态水从何而来
      图1(a)显示了在不同模型状态下火星南极下不同深度时的温度。垂直的线显示了混合了不同盐类的冰的融点。(b)显示了不同盐浓度时融化冰层需要的热流量。
      图1a展示了在不同热流量(Q)和杂质浓度下,冰层温度和深度的关系。垂直的实线表示不同种类盐溶液的融点,这显示表面下1.5千米冰层融化的唯一一种可能情况是Q=90mW/m^2,并溶解有钙盐或者镁盐。图1b展示了不同盐浓度下融化冰层需要的热流量,从中可以看出当盐浓度到达55%以上后便不再影响所需的热流量。
      左右为难(难以达到的热量)
      科学家们发现在最优的情况下需要的最小的热流量是Q=72mW/m^2。作为参考,火星全球平均的加热效率大约是Q=19mW/m^2,最大约为Q=25mW/m^2,所以要产生三倍高的热量是十分困难的。在地球上曾在大西洋下观测到大于200mW/m^2的加热效率,但是这是地球构造活动导致的,而火星的这类活动很不活跃。这也让科学家们认为火星南极下的岩浆是唯一可能的使冰层融化的机制。
    岩浆加热也许可以解释火星上的液态水从何而来
      图2(a)是在南极冰盖下的岩浆池的模拟图。(b)显示了不同深度和大小的岩浆池在不同时间提供的热量。岩浆池产生时,时间为0。
      科学家们认为可能如图2a所示,在火星南极下存在一个小的岩浆池。图2b显示了不同深度和大小的岩浆池能提供的加热效率,这说明一个形成于30万年前的,大约8千米深,直径5千米的岩浆池可以提供约172mW/m^2的加热效率并融化南极的冰盖。
      关于火星历史地质状态的理论表明,火山活动在数百万年前十分频繁但是现在已经消失了。有一些火山口存在证据表明约五百万年前岩浆池的存在,但是科学家们认为这些结果并不可靠。
      出乎意料还是不切实际?
      科学家们认为如果在南极冰盖下有一个形成于约几十万年前的岩浆池,混有盐类的冰就可以融化成液态水。同时,他们也提出其他两个可能的解释。
      第一个是他们的模型是不完善的,或者做出了错误的假设。我们永远可以找到考虑更多变量的模型,但科学家们发现,对热传导的等式增加新的部分并不会对结果产生巨大的影响。进一步的,他们认为在自然界能提供的最大热流量Q=25mW/m^2和融化冰层需要的最小热流量Q=72mW/m^2之间的差异过于巨大,这是模型误差不能解释的。
      第二种可能性是对雷达的数据出现了错误的理解。雷达发现在火星南极下存在电容率很高的区域,说明存在导电性更好的物质。水是自然界中最常见的高电容率物质,但也有可能是此处的其他矿产导致了相同的电容率,人们还无法知道可能的矿产是什么。
      总之,科学家认为尽管一个形成于30万年前,在火星南极冰盖下1.5千米的岩浆流会与现有的火星地质理论冲突,这仍是现在解释火星快车观测到的液态水的最好的理论。如果这一理论正确,那么这就会对火星的岩浆作用和地质理论产生巨大的修正。无论如何,科学家们正在等待进一步的雷达数据分析和模拟。
    岩浆加热也许可以解释火星上的液态水从何而来
      洞察号:“火星上的云,这是我的第145个火星日,下面动图从火星时间2019年4月25日18时30分左右,由我的背景相机(ICC)开始拍摄。”

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