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地震证据表明，尽管火星缺乏板块构造，但它可能形成了广阔且长期存在的岩浆系统，这些系统反复重塑了其地壳。图片来源：Shutterstock

火星可能通过巨大的岩浆系统形成了异常复杂的地壳，而无需长期以来被认为是必要条件的板块构造。

火星没有移动的构造板块，然而在其表面之下深处可能存在着证据，证明那里曾存在一种巨大的、相互关联的岩浆系统，这种系统曾被认为需要构造板块才能形成。牛津大学的研究人员发现迹象表明，熔融岩石曾在火星地壳中演化并自我循环，形成了与地球上的地质过程有着惊人相似之处的地质复杂性。这些研究结果发表在《自然天文学》杂志上。

火星被认为是停滞盖层行星，因为与地球不同，它的外表面没有被划分成移动的构造板块。在我们的星球上，板块构造驱动着火山活动、物质循环和大陆形成，这使得许多研究者认为火星不可能形成类似的复杂地壳。新证据表明，广泛的内部循环可能让它在没有地球式板块构造的情况下做到这一点。

一条隐蔽的边界揭示了复杂的地壳

关键线索来自美国国家航空航天局洞察号任务收集的地震测量数据，该任务记录了流星体撞击和火星震（相当于地球上的地震）产生的波。牛津大学地球科学系和统计系的研究人员聚焦于地下约24公里处一个无法解释的边界。早期研究已探测到该边界，但它的地质学意义仍不确定。

为了确定该边界是否分隔了不同的岩石类型，研究人员使用热力学建模和统计方法，将地震观测结果与数百种可能的岩石成分进行了比较。

只有超基性（富含铁和镁，但二氧化硅含量低）的岩石能持续重现24公里边界以下的物理特性。在该边界以上，观测结果用基性（二氧化硅比例更高）的岩石来解释更为合理。

研究人员提出，较深的岩层是在熔融岩石在地下深处积聚并逐渐分离成不同成分时形成的。致密的晶体可能留在了地壳底部，而较轻、演化程度更高的熔浆则向上移动。类似的过程在地球上的火山弧下方也会发生，并且与大陆形成有关。

这项研究背后的牛津大学地球科学系部分研究团队。从左至右依次是查理雷克斯

该研究的主要作者托贝莫里麦凯钱皮恩博士（研究开展时就职于牛津大学地球科学系，现就职于布里斯托尔大学）表示：我们传统上认为，与地球相比，火星上的火山活动相对简单。但这一发现表明，火星能够维持巨大且持久的系统，在整个地壳中，熔岩在其中演化并自我再加工。这为这类系统在太阳系外的岩石行星上可能有多普遍带来了令人兴奋的可能性。

火星可能不需要板块构造

在火星北半球，这一埋藏层可能水平延伸数百甚至数千公里。倘若如此，火星曾经拥有庞大的相互连通的岩浆系统，而非一系列简单、孤立的火山。这一过程被称为穿壳岩浆作用，此前人们一直认为这种作用仅存在于地球上。

这一区别很重要，因为地质循环与大气、海洋的形成以及潜在宜居环境的发展密切相关。在地球上，地球内部的循环有助于调节气候，并支持水和其他挥发性元素的长期流动。板块构造论常常被认为对维持这些过程至关重要。

火星上的证据表明，岩质行星或许在没有地球板块构造运动的情况下，仍能形成复杂的地壳以及与宜居性相关的一些地质条件。

更多星球可能具备宜居性

合著者、牛津大学地球科学系的乔恩韦德教授表示：行星科学中的一大问题是地球是否独一无二。如果火星在没有板块构造的情况下也能形成这种复杂的地壳，那么宜居性所需的条件可能会在比我们意识到的更多的行星上出现，包括那些此前因大小或明显缺乏构造活动而被排除在外的行星。

这些发现基于美国国家航空航天局（NASA）洞察号任务的观测结果，该任务在火星上放置了首个地震仪，为研究人员提供了前所未有的火星内部视角。

相关知识

火星是太阳系八大行星之一，属于类地行星。它呈橘红色，表面布满撞击坑、峡谷、沙丘等。火星的大气稀薄且寒冷，四季变化明显。它是人类星际探索的重点目标，科学家希望在那里找到生命迹象或为未来人类移居积累信息。

BY: University of Oxford

FY: AI

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