火星是太陽系內與地球最為相似的行星。盡管今天的火星是?個寒冷干旱的沙漠星球，但近年來的許多研究表明，數?億年之前的火星或許有著豐沛的降水、河川湖沼，甚至廣闊的海洋。同時，科學界對?星表?液態水的規模和存續時間?直有很?的爭議?！白Ｈ谔枴钡男掳l現可能將有助于平息爭議。

從巖石推測海洋

2021年5月15日，我國“天問?號”火星任務裝載的“祝融號”火星車，成功著陸于火星的烏托邦平原南部。烏托邦平原具有?些獨特的地貌，科學家認為，那里可能曾擁有一片古老的海洋，?祝融號的著陸點就位于古海洋海岸線附近。

文中配圖皆為作者提供

在著陸之后，“祝融號”朝著海岸線?路南下，并在?年的時間里，行駛了約1921米。在旅途中，“祝融號”使用不同的儀器對地表巖石進行觀測，獲得了大量數據，其中包括106組詳細記錄了巖石的表?形態與構造特征的全景圖像，清晰度超乎想象。

不要小看這些巖石影像！正是通過這些影像，來?中國地質大學（武漢）的科學家團隊抽絲剝繭地發現了這些巖石的層理構造，推斷出祝融號沿途看到的這些巖石，是在海洋的濱海-淺海環境下，由潮汐作用形成的。

那么，這個結論是如何得出的呢？在介紹研究?員具體從這些巖?影像的中看見了什么之前，我們先必須了解?個核?概念，那就是巖石的層理構造。層理構造指的是在沉積巖的形成過程中，沉積物在各種因素的影響下，形成的?層?層的分明的層次結構。層理的類型很多，比如水平層理、交錯層理、遞變層理等。不同的沉積環境會形成不同的層理構造和層理構造組合。根據這些層理構造特征，地質學家可以判別這些巖石當時是在什么樣的環境中形成的。

現在，讓我們回到祝融號沿途看到的這些巖石。這些巖?普遍都有著魚骨狀交錯層理，?且它們的層?基本平行，層厚較小。

魚骨狀交錯層理可以在水下環境中形成。當水流向前移動時，水里攜帶的泥沙會慢慢沉積，形成?層?層的沉積物，傾斜?向前；如果后來水流的方向變了，形成的層面方向也會隨之改變，形成交錯層理。當后來的水流方向發生180度的大轉向時，就就會形成這種特殊的類似魚骨的層理。在地球上，最常見的水流方向變化區域，就是靠近海邊的潮灘淺水區域，隨著漲潮和落潮，水流會發生180度的大轉向。

不過，除了在水下，地表環境中的風向變化也能形成這樣的魚骨狀交錯層理。但不同的是，風向變化形成的層?通常是不平行的，而且形成的層厚也要比海洋潮灘區域大得多，從幾厘米到幾米不等。

祝融號觀測到的巖石的沉積層理，厚度基本上不超過?厘米。因此，從這個較小的規模來看，這些巖石更可能是在水流的作用下形成的，而不是風。而且，研究區域內的沉積物具有被水下河道切割的特征。綜合這些特征來看，這些巖石更可能形成于水下環境。

如何判斷是淺海環境？

這和水動力大小的分析結果有關。在不同的海洋深度，沉積構造顯著不同，如果是深海的話，只會有水平層理，不會有交錯層理。

在進?步仔細分析魚骨狀交錯層理特征時，研究?員發現兩個方向上的層理厚度和砂礫大小不?樣。砂礫可以反映水動力的強度。水動力越強，能夠帶動的泥沙顆粒就越大，泥沙量就越多，沉積的層也就越厚；如果水流變弱的話則恰恰相反。

因此可以看出，形成了這些巖石的古水流，在兩個方向上的水流強度是不?樣的。這些特征與漲潮 和落潮時的水動力強度變化相?致。此外，研究區巖石在細粒紋層中偶爾出現的較大的碎屑顆粒，也都是典型的潮汐成因沉積物。

綜合來看，就得出了這些巖石是形成于淺海海洋環境的認識。

這些觀測結果是迄今為止首個支持火星北部平原古海洋存在的直接性原位探測證據。與地球相比，火星只有兩顆小衛星，它們能在火星上引起的潮汐作用會比較弱，能帶動的水流也比較小，只能形成小規模的層理構造。

這次的發現首次提供了海洋沉積物的結構構造特征，為火星存在古海洋之爭提供了獨立證據，因此對于揭示火星過去的歷史和?候環境演變是個不小的突破。

值得?提的是，分析這些巖石并不容易，因為這些巖?表?有不少被沙塵覆蓋，也有疊加在層理構造之上的風蝕凹槽等。在經歷數個月的詳細分析，有效區分原始層理和后來的改造作用形跡，以及與其他容易混淆的層理構造對比之后，才得到本研究的認識。

我們也期待祝融號繼續傳回高質量的數據，在向古海岸線行駛的路途中，有更多新的發現。

本文為科普中國·星空計劃扶持作品

作者：肖龍

審核：趙宇鴳（成都理工大學行星科學國際研究中心 研究員）

出品：中國科協科普部

監制：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

來源: 星空計劃

內容資源由項目單位提供