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一位艺术家对火星在45亿年前遭受巨大撞击的描绘。图片来源：美国国家航空航天局喷气推进实验室加州理工学院

在阿尔及利亚发现的一块陨石为我们打开了一扇罕见的窗口，让我们得以了解火星地质记录中很大程度上缺失的近20亿年历史。

波士顿学院地球与环境科学教授、该校同位素地球化学中心创始人伊桑巴克斯特表示：这块陨石的特征完全出乎意料。目前还没有其他类似的火星陨石具有12.7亿年的年龄。

一块罕见的陨石为了解火星打开了一扇窗

发表在《地球化学与宇宙化学学报》上的这些发现，有助于科学家重建火星火山活动中一个鲜为人知的时期，同时为火星内部部分区域保留了几乎可追溯至太阳系诞生时期的化学特征这一观点提供证据。

科学家无法直接前往火星的岩石露头地带，随意带回他们想要的岩石。在航天器收集的样本被送回地球之前，自然坠落的陨石是研究人员能在地球实验室直接检测的少数火星物质之一。

这些岩石的旅程始于火星上的一次强烈撞击将碎片抛入太空。其中一些最终会穿过地球轨道，并在冲入大气层的过程中幸存下来。

据波士顿学院的研究人员称，目前仅发现约400块火星陨石。辉玻无球粒陨石是其中的主要类别，它们属于火山岩或侵入型火成岩，能够保存有关火星内部岩浆活动的线索。美国国家航空航天局（NASA）同样将辉玻无球粒陨石描述为已知火星陨石中数量最多的一类。

火星陨石记录中的缺失年代

但它们的年龄给科学家们带来了一个谜题。

几乎所有此前确定年代的辉玻无球粒陨石形成时间都不到大约6亿年。下一批有特征记载的最古老样本形成时间约为24亿年前。这就造成了一个约18亿年的间隔，其间几乎没有辉玻无球粒陨石的记录。

其他被称为辉玻无球粒陨石和纯橄无球粒陨石的罕见火星陨石形成于约13亿至14亿年前，但其化学成分截然不同。NWA13441为科学家们提供了此前未曾拥有的东西：一块来自缺失时间段中期的辉熔长无球粒陨石。

伊桑巴克斯特，波士顿学院同位素地球化学中心创始人。图片来源：波士顿学院

这类火星陨石要么小于6亿年，要么约24亿年，该研究的第一作者、波士顿学院博士生迪伦M希尔说，我们测定这个样本的年龄为12.73亿年，这填补了大约20亿年的空白，此前我们没有辉熔长无球粒陨石样本来提供有关火星岩浆和火山活动的信息。

一个意想不到的同位素特征

单是年龄本就会使NWA13441变得不寻常，它的同位素让它更奇特。

该团队对钕元素进行了研究，钕是一种天然存在七种同位素形式的稀有元素。同一元素的同位素所含中子数不同，它们的相对丰度可充当化学示踪剂。在行星岩石中，这些特征模式能揭示岩浆形成物质的相关信息，以及该物质来源随时间的变化情况。

NWA13441的初始钕同位素组成本质上是球粒陨石型的，这意味着它与球粒陨石所代表的原始物质相似。

球粒陨石是已知最原始的陨石之一。它们的物质可以追溯到约45.6亿年前太阳系的形成时期，并且没有经历过使行星内部物质发生转变的大规模熔化和地质演化过程。

火星内部深处的一处原始储层

研究人员称，此前已知的其他辉熔长无球粒陨石都未显示出这种相同的初始钕特征。因此，他们的同位素测量结果表明，形成西北非13441号陨石的岩浆源自火星内部一个此前未被采样过的储源。

团队在会议上对这项研究的描述指出，它是这一时期火星地幔存在广泛球粒陨石源的首个直接证据。这块陨石或许携带着火星存在极早期的化学记忆。

火星保存着地球已抹去的地质记录

这一发现凸显了火星和地球之间的一个根本差异。

地球的内部和地壳一直在不断地被改造。板块构造在地质时间尺度上移动、破坏、熔化并循环利用地球的巨大部分，使得其早期历史的原始遗迹难以保存。

火星则走上了不同的发展道路。它在太阳系历史早期迅速形成，且没有像地球那样的板块构造运动系统。对火星地质的研究表明，这颗行星主要是在一个静止的外壳下演化的，这使得古老的化学储层和地质结构得以保存的时间远远超过它们在地球上通常能够保存的时间。

这使得火星陨石不仅仅是另一个星球地壳的碎片。有些火星陨石有可能起到地质时间胶囊的作用，保存着数十亿年前就已开始的行星演化过程的证据。

火星地质时间胶囊

这颗新发现的陨石似乎是一个特别有价值的样本。

研究人员发现了证据，表明NWA13441的结晶过程始于火星的地壳与地幔边界附近。这块岩石是富含橄榄石的玄武岩，还带有强烈的冲击痕迹，这与最终将火星岩石抛射到太空的剧烈撞击过程是一致的。

NWA13441本身于2019年在阿尔及利亚被发现。巴克斯特的团队从阿巴拉契亚州立大学的一位同事那里收到了一小份经过清理和粉碎的样本，以及一片装在玻璃载玻片上的薄片。当时，这块陨石尚未得到全面的特征分析。

揭开陨石的火星起源之谜

该团队与斯克里普斯海洋研究所和英国开放大学的科学家合作，首先需要确定这块岩石确实来自火星。随后，他们使用高精度同位素技术研究了它的年龄和化学成分。

研究结果在同一块小岩石中揭示了两项发现：一块来自火星历史上一段此前缺失时期的辉玻无球粒陨石，以及该行星内部存在一个古老来源的证据——这个来源未经历数十亿年的重大化学改造。

研究人员对NWA13441的研究尚未结束。巴克斯特的实验室正在研究更多的同位素系统，以确定这块不同寻常的陨石在火星的宏大故事中处于何种位置，以及它隐藏的储层是否能揭示更多有关该行星早期演化的信息。

巴克斯特说：我们的目标是分析更多同位素系统，这将帮助我们更好地了解这个独特样本与早期火星上其他火星陨石的关系。

参考文献10.1016j.gca.2024.05.035

相关知识

火星陨石是来自火星的岩石碎片。在太阳系演化中，小行星撞击火星，使火星表面物质抛射进入太空，部分经过漫长旅行坠落到地球成为火星陨石。它记录着火星的地质信息、演化历史等，对于研究火星的形成、内部结构等有重要科学价值。

BY: Boston College

FY: AI

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