关于火星地质介绍

[拼音]：huoxing dizhi

[外文]：geology of Mars

研究火星的表面特性、磁场、地质构造、内部结构和演化历史等问题的学科。

火星与太阳距离为1.52天文单位，火星的直径平均值为6794公里，质量为6.418×1026克，密度为4.05克／厘米3。磁场强度为地球的 0.1～0.2％。火星有两颗卫星──火卫一和火卫二，它们的反照率都很低，可能是由类似碳质球粒陨石的物质组成。

1962年以来，苏联发射的“火星”号系列探测器，对火星进行了探测，其中“火星”3号的登陆舱实现了软着陆。1964年以来，美国发射的“水手”号系列和“海盗”号系列对火星进行了探测，从“水手”4号飞经火星附近时拍摄的照片中发现火星表面有许多类似于月球上的环形山。所有这些探测，为火星地质的研究提供了依据。还根据探测结果绘制了火星地质图。（见彩图）

火星大气

火星有一层稀薄的大气，它由CO2、少量的N2、Ar，和微量的O2、CO、水蒸气、惰性气体等组成（见行星大气）。火星大气的惰性气体丰度与地球大气相似，12C/13C和16O/18O同位素比值也类似于地球，但主要成分，以及14N/15N、40Ar/36Ar和129Xe/132Xe的同位素比值与地球值明显不同，表明这两颗行星的挥发性元素有不同的演化历史。一般认为，火山喷发和其他不太强烈的除气作用是火星大气和挥发物的主要来源。火星的气温低，内部除气排出的挥发物质可冷凝保存于极地的冰冠或广泛分散在永久冻结带中，有些水呈现为土壤的结合水，土壤也可吸收大量的 CO2，加上火星质量较地球小，气体容易逃逸，结果导致火星大气稀薄，大气中的水蒸气含量极低。

火星表面大气的平均压力约为 7.7毫巴。火星表面的平均风速约为4.3米／秒，一般最低为1.1米／秒，最高为7.2米/秒，当发生尘暴时，表面风速可达44.5米／秒，强烈的尘暴对火星表面物质的搬运起重要作用。尘暴激烈时可持续几个月之久。

表面特征

火星表面地形有如下特征：

（1）南半球高，崎岖不平。北半球低而平坦。

（2）有许多大小不同的陨石撞击坑。坑的直径一般为0.8～50公里，大的可达1600公里。

（3）有大的火山盾、圆丘及火山锥。如奥林波斯山火山盾的直径达600公里，其顶部有火山口，由玄武岩构成。火星表面的广大地区覆盖着大量的喷出岩，构成火山平原、火山山脉及沟槽地形。

（4）由强烈的构造活动形成的构造地堑。

（5）峡谷和运河。

（6）有高达2000米，延伸1000多公里的悬岩和峭壁。

（7）有与月海相似的大圆形盆地。

（8）各式各样的风成沉积和砂丘。

（9）由于极区冰川的作用，把各种碎屑物质搬运至中纬度地区并形成冰川侵蚀的地形。

根据火星探测的地质分析，火星表面可划分为密布陨石撞击坑的古老地区，比较年青的火山平原区，巨大的火山地盾及广阔的沉积物区。

表面物质的成分

两个“海盗”号降落器着陆点附近有大量红色细粒物质并散布有角状的岩石碎块，其化学成分如表。

火星土壤的主要元素是氧，其含量约占50％，硅为15～30％，铁为15～16％，铝为2～7％，钙为3～8％及少量的钾、磷、硫、氯、钽、铬、镁、钴、镍、铜等。硫的含量(2.6～3.1％)比地壳的平均含量高1～2个数量级，钾的含量低于0.25％，铷、锶、钇及锆的含量比大多数地球火成岩低得多。火星土壤的化学成分以高铁、中等的镁、钙及硫和较低的铝为特征，它的化学组成并不代表原岩的成分，很可能是镁铁火成岩发生各种化学、风化作用的产物，根据矿物成分的计算，火星土壤是80％的富铁粘土，约10％的硫酸镁，约5％的碳酸盐及约5％的氧化铁组成的混合物，该混合物的矿物组成相当于59.1%的绿脱石、21.7％的蒙脱石、11.8％的水镁矾、1%的石盐，约0.5％的TiO2及5.9％的方解石。

内部构造

火星约在46亿年以前形成，之后分异形成Fe-FeS核，并有钾进入硫化铁中。由于40K的衰变提供热源，故在火星早期分异和形成核时并不要求高的初始温度。按火星的密度和平衡凝聚模型估算，火星壳厚约为200公里，富铁的硅酸盐幔约为1200公里，平均火星核半径约为1900公里，火星表面的热流值为43尔格／（厘米2·秒），热历史的计算表明，火星的岩浆及构造活动在其演化的早期阶段就开始了，但最强烈的活动期可能发生于最近20亿年。

地质演化

火星表面特征的地质解释说明了以下的演化性质：

（1）火星形成后不久，分异形成火星壳、幔和核；

（2）其表面受到强烈的陨石轰击并形成大量的环形坑；

（3）强烈的火山作用和构造活动形成玄武岩平原，之后上升，发育深大断裂并受到侵蚀，开始形成火山盾；

（4）中等程度的构造和火山活动，风和水的侵蚀作用并形成沉积物。目前火星在地质上可能是宁静的。

参考书目

1. T.A.Mutch， R.E.Arvidson， J.W.Head，Ⅲ，K.L.Jones，R.S.Saunders，The Geologу of Mars，Princeton Univ.Press，Princeton，New Jersey，1976.

参考文章

• 火星地质学Mars，Geologyof地球科学