港大研究揭示古老火星火山活动背后的垂直构造过程

港大研究揭示古老火星火山活动背后的垂直构造过程图1.红外图像数据上的地形数据显示了火星埃里达尼亚地区复杂的构造结构和火山沉积。暖色调代表海拔较高。资料来源：美国国家航空航天局/火星奥德赛/HRSC洞察火星火山活动香港大学（港大）地球科学系地质学家约瑟夫-米夏尔斯基（JosephMichalski）教授的最新研究揭示了火星火山活动的惊人奥秘。他提出，火星上的火山活动远比人们以前认识到的要丰富得多，其驱动力来自一种被称为垂直构造的早期地壳循环形式。这些发现最近发表在《自然-天文学》上，揭示了火星古老的地壳及其对了解火星和地球早期地壳循环的潜在影响，它提供了对古代地壳再循环的洞察力，为火星和地球地质学提供了新的视角。图2.彩色图像数据覆盖在地形图上，显示出火星埃里达尼亚地区大型平流火山的三维视图。资料来源：NASA/ESA/HRSC重新思考火星的火山景观传统上，人们知道火星上有类似夏威夷的大型盾状火山。然而，人们并不知道火星还拥有地球上由于地壳循环而形成的多种多样的爆炸性火山。Michalski教授和他的国际团队最近进行的研究在火星古老的地壳中发现了大量种类繁多的火山。他解释说："我们几十年前就知道火星上有火山，但大多数公认的火山都是大型玄武岩盾状火山，类似于构成夏威夷的火山。在这项研究中，我们发现火星古老的地壳中还有许多其他类型的火山，如熔岩穹丘、地层火山、火山口以及由火山灰（而非熔岩）构成的大型盾状火山。此外，大多数科学家认为火星是一颗由玄武岩组成的行星，玄武岩的二氧化硅含量低，几乎不代表地壳演化，但这些火山的二氧化硅含量很高，这意味着它们是由以前不为人知的复杂岩浆演化过程形成的。"垂直构造和地壳循环论文认为，远古火星上发生了强烈的火山活动，导致地壳塌陷到地幔中，岩石在地幔中重新熔化，产生了高硅的岩浆。这种构造过程被称为垂直构造，据推测在古地球上也曾发生过，但地球上那个时期（距今30多亿年前的Archean时期）的岩石被后来的地质活动严重改变，因此我们无法在这颗行星上清楚地看到这一过程的证据。因此，探索像火星这样有火山活动但没有板块构造的其他行星，有助于揭示红色星球早期地壳循环的奥秘，并以此类推，揭示早期地球的地壳循环奥秘。发现的意义Michalski教授总结说："火星上的重要地质拼图不仅有助于我们了解火星，也有助于我们了解地球。火星火山活动比人们以前想象的要复杂和多样得多"。港大地球科学讲座教授赵国春教授说："这是一项重大发现，因为它揭示了地壳循环不仅可以发生在以水平运动为主的板块构造体系中，也可以发生在以垂直运动为主的前板块构造体系中。这一发现有助于地球科学家解决长期以来备受争议的问题，即我们的星球（地球）是如何以及何时形成岩石大陆的。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1420541.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1420541.htm

欧空局"火星快车"在巨大的火星火山上发现坍塌的火山口链

欧空局"火星快车"在巨大的火星火山上发现坍塌的火山口链这张来自欧空局"火星快车"的图片显示了火星上第二高的火山AscraeusMons的南侧侧面。资料来源：ESA/DLR/FUBerlin大多数人都熟悉奥林匹斯山，这是火星上最大的火山，也是太阳系中最大的火山。但是火星上还有其他几个巨大的盾状火山。第二大的是阿斯克雷乌斯山，来自欧空局火星快车飞船的新图像揭示了该山侧面或侧翼的一些有趣特征。这些图像显示了地下熔岩流从腔室或管道中排空的区域，这些腔室或管道随后塌陷成连锁的火山口。还有一些较小的蛇形通道，被称为"蜿蜒曲折"，像河流一样在弯曲的道路上蜿蜒。它们通常被认为是较小的塌陷熔岩管道的遗迹，但科学家们仍然不确定它们是如何形成的。总的来说，阿斯克拉乌斯山南侧下方的这些戏剧性的大型裂缝--它们被统称为阿斯克拉乌斯岩层--覆盖了超过70公里（43英里）的巨大区域。这个斜面或"侧面"透视图显示了阿斯克雷乌斯峰的南侧，它是火星上第二高的火山。可以看到火星表面有深而不规则的裂缝向镜头蜿蜒而去。这些是一组被统称为AscraeusChasmata的特征的一部分，它包含了一块巨大的塌陷地形，宽度超过70公里。这里显示的部分是由一连串的圆形或接近圆形的凹陷形成的，并凝聚成槽，导致地面塌陷--有点像形成一个天坑。资料来源：ESA/DLR/FUBerlin阿斯克雷乌斯山是在火星Tharsis地区发现的三座突出的火山中最北端和最高的一座，Tharsis地区是火星西半球的火山高原。阿斯克雷乌斯山的高度高达18公里（11.2英里），但其坡度平缓，平均倾斜度为7度。这种缓慢的爬升反映在该火山巨大的底部直径为480公里，使它的足迹与地球上的罗马尼亚差不多大。Tharsis地区的火星火山。资料来源：美国宇航局/JPL相对而言，奥林匹斯山高25公里（16英里），直径624公里（374英里），（大约与亚利桑那州的面积相同）。在地球上，夏威夷的茂纳克亚火山的海拔高度为4205米（13796英尺）；然而，该火山的底部低于海平面约6000米（19685英尺）。因此，如果茂纳克亚火山从海底的火山底部测量到山顶，它的高度超过10000米（33000英尺）。火星快车自2003年以来一直围绕红色星球运行，对火星表面进行成像，绘制其矿物图，确定其脆弱大气层的组成和循环，同时还探测其地壳下方，并探索各种现象如何在火星环境中相互作用。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1361961.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1361961.htm

探访巨型火山：“火星快车”在阿斯克雷乌斯山的崎岖地形之旅

探访巨型火山：“火星快车”在阿斯克雷乌斯山的崎岖地形之旅火星上有一些太阳系中最令人印象深刻的火山。欧空局的"火星快车"现在已经拍摄到了这个星球上第二高的火山的凹陷、裂缝的侧翼：阿斯克雷乌斯峰。阿斯克雷乌斯山是火星Tharsis地区发现的三座突出的火山中最北端和最高的一座，Tharsis地区是火星西半球的火山高原。它的高度高达18公里（11英里），但其坡度很平缓，平均倾斜度为7度。这种缓慢的爬升反映在火山巨大的底部直径为480公里（300英里），使它的足迹与地球上的罗马尼亚差不多大。这张彩色编码的地形图显示了阿斯克雷乌斯峰的南侧，这是火星上第二高的火山。它以该地区的数字地形模型为基础，从该模型中可以得出地形地貌。地表的低层部分显示为蓝色和紫色，而高海拔地区则显示为白色和红色，如右上角的刻度所示。资料来源：ESA/DLR/FUBerlin,CCBY-SA3.0IGO阿斯克雷乌斯山的高度仅次于奥林匹斯山，它不仅是火星上最高的火山，也是整个太阳系中最高的火山。图中显示的是阿斯克雷乌斯峰的南侧下方。从一侧到另一侧有一个巨大的海拔差异，画面的左侧（南部）比右侧（北部）低大约10公里。火山的顶峰在框架的右边（北边），在该地区更广泛的背景地图中可以看得最清楚。这张图片显示了火星火山AscraeusMons、PavonisMons和ArsiaMons周围的区域。较大的白框所勾勒的区域是欧空局的火星快车高分辨率立体相机在2023年1月15日第24045号轨道上拍摄的区域。较小的内嵌白框显示了火星快车的新图像所强调的特定区域。资料来源：NASA/MGS/MOLA科学团队许多类似的戏剧性特征--统称为AscraeusChasmata，包括一个超过70公里（44英里）的巨大的塌陷地形--在整个画面中都可以看到：熔岩流和管道，连锁的火山口，通道状的裂缝，以及跨越几十公里长的大裂缝。所有不同的年龄和起源，这些特征编织在一起，形成一个场景，就像墨水在水中艺术性地散开的痕迹，或者一个植物的美丽复杂的根系，当它向下挖掘土壤。这张来自欧空局火星快车的注释图片显示了阿斯克雷乌斯山的南侧，它是火星上第二高的火山。整个画面上标有几个关键特征，包括熔岩流、火山口链、通道状的裂缝和大裂缝，所有这些都类似于棕褐色表面的不规则凹陷和沟槽。这些都被统称为AscraeusChasmata，包含了一片巨大的塌陷地形，宽度超过70公里。这是一张"真彩色"图像，反映了人眼在观察火星这一区域时看到的情况。资料来源：ESA/DLR/FUBerlin,CCBY-SA3.0IGO在画面的右侧有许多皱褶的熔岩流。这个皱巴巴的地面然后遇到了一连串的"坑洞"：一连串的圆形或接近圆形的凹陷结合在一起，形成刘海的特征。我们在地球上也看到了这些，一个明显的例子是墨西哥尤卡坦半岛上发现的壮观的Cenotes。这里显示的坑状火山口的槽和链也组合在一起，形成了一个特别大的、引人注目的塌陷区。这个斜透视图显示了阿斯克雷乌斯峰的南侧，这是火星上第二高的火山。可以看到火星表面有深而不规则的裂缝向镜头蜿蜒。这些是一组特征的一部分，统称为AscraeusChasmata，它包含了一块巨大的塌陷地形，宽度超过70公里。这里显示的部分是由一连串的圆形或接近圆形的凹陷组合而成，并凝聚成槽，导致地面塌陷--有点像形成一个天坑。资料来源：ESA/DLR/FUBerlin,CCBY-SA3.0IGO这些链状物和槽状物很可能是在地表下隐藏的空隙中形成的，导致地面变得不稳定和坍塌--有点像形成天坑。地表下的空隙被认为是在熔岩流的表层迅速冷却和硬化时产生的；下面的熔岩流随后停止，并随着时间的推移而消退，留下管状的空间袋潜伏在地下几米处。坑状火山口链左侧的地面上有所谓的"蜿蜒的裂缝"：较小的、没有边缘的蜿蜒通道，通常在火山的侧翼发现。目前还不清楚这些通道是如何形成的，但它们的形成可能涉及熔岩、火山灰或水的流动--或三者的结合。图片的最左边部分是长达40公里（25英里）的大裂缝。从这些裂缝分支出来的通道交织在一起（"编织通道"），将大块的火星地形隔离开来，形成"岛屿"和阶地。这些可能是由水形成的--也许是由于冰雪堆积在阿斯克雷乌斯山的侧面，后来融化了。火星快车自2003年以来一直围绕红色星球运行，对火星表面进行成像，绘制其矿物图，确定其脆弱大气层的组成和循环，探测其地壳下方，并探索各种现象如何在火星环境中相互作用。这张立体图像显示了阿斯克雷乌斯峰的南侧，它是火星上第二高的火山。它是由欧空局火星快车轨道器上的高分辨率立体相机（HRSC）于2023年1月15日在24045号轨道上拍摄的数据生成的。该图由HRSC的天底通道和一个立体通道获取的数据生成，在使用红绿或红蓝眼镜观看时提供了一个三维视图。资料来源：ESA/DLR/FUBerlin,CCBY-SA3.0IGO负责这些新图像的轨道飞行器的HRSC揭示了许多关于火星多样化的表面特征，图像显示了从强大的VallesMarineris峡谷系统、深裂缝和水雕谷到撞击坑、构造断层、河道和古代熔岩池的一切。许多"火星快车"的图片展示了这颗红色星球的巨大火山，其中阿斯克雷乌斯山是一个迷人的例子。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1359541.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1359541.htm

天文学家发现火星上新形成的环形山

天文学家发现火星上新形成的环形山该团队能够利用来自地震仪的信息和从火星勘测轨道飞行器获得的图像来计算和确认撞击位置。这是科学家第一次能够捕捉到火星撞击的动态。这些发现最近发表在《自然-地球科学》杂志上。马里兰大学地质学副教授尼古拉斯-施默尔（NicholasSchmerr）说："流星体和太空中的其他抛射物可以通过撞击改变任何星球的大气和表面，我们在地球上看到过这种情况，这些物体可以穿过大气层，撞击地面，并留下一个陨石坑。但是在这之前，我们从来没有能够捕捉到火星上撞击的动态，那里的大气层要薄得多。"他是该论文的共同作者。图为四个新的火星陨石坑当外来天体构成的"弹丸"穿透行星大气层并撞击地面时，它们会产生声波（穿越流体或气体的声波）和地震波（穿越固体介质的波）。Schmerr和他在InSight（洞察号）上的同事利用这些机载SEIS（内部结构地震实验）仪器测量的波来确定所产生的撞击点的大致位置，同时观察控制弹丸运动的特殊物理学。之后，研究人员通过将他们的估计与高分辨率相机拍摄的图像进行比较，确认了他们的模型的位置和准确性。这些结果表明，地震活动的来源可以用行星地震学来确定，行星地震学是研究地震和相关事件，如火山爆发。据Schmerr说，这种能力可能有助于研究人员测量在火星和地球所在的内太阳系发生新撞击的频率，这种观察对于了解像小行星或可能对地球构成危险的岩石碎片这样的近地物体的数量至关重要。此外，研究人员还使用图像来确定这些撞击的精确位置，相关的声波和地震波对研究火星大气层和内部非常宝贵。有了对火星地震位置的更好理解，科学家们将能够收集关于这个星球的基本信息，例如其核心的大小和稳固性或其加热过程。像Schmerr这样的地球物理学家预计，行星地震学的新进展将使他们能够更好地调查火星内部的潜在构造活动和其他地震活动的来源。这些发现最终使研究人员在了解行星的形成和演变方面又迈进了一步。Schmerr说："研究火星上的撞击是如何发挥作用的，就像打开了一扇了解陆地行星如何形成的基本过程的窗口。所有内太阳系的行星都有这个共同点，包括地球。"美国宇航局的InSight是一个机器人登陆器，旨在研究火星的内部结构。自2018年以来一直处于活跃状态，预计登陆器将继续InSight任务，直到其收集太阳能的能力完全耗尽。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334909.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334909.htm

加州理工学院研究人员在长谷火山口的新发现：冷却过程造就地震活动

加州理工学院研究人员在长谷火山口的新发现：冷却过程造就地震活动自20世纪80年代以来，研究人员在加利福尼亚州内华达山脉东部的一个地区观察到了明显的动荡期，其特点是地震成群以及在此期间地面每年膨胀和上升近半英寸。这些活动令人担忧，因为该地区被称为长谷火山口，位于一座巨大的休眠火山之上。76万年前，长谷火山口在一次猛烈的喷发中形成，650立方公里的火山灰被喷到空中--这些火山灰可以在整个洛杉矶地区覆盖一层1公里厚的沉积物。突破性成像揭示内幕在过去几十年里，火山活动日益频繁，其背后的原因是什么？会不会是该地区正准备再次爆发？或者活动的增加实际上是大规模喷发的风险正在降低的迹象？为了回答这些问题，加州理工学院的研究人员绘制了迄今为止最详细的长谷火山口地下图像，其深度可达地壳10公里。这些高分辨率图像揭示了火山口下方的地球结构，并表明最近的地震活动是该地区冷却和沉降时释放出的流体和气体造成的。长谷火山破口是76万年前大规模超级火山爆发的地点，在长谷破火山口的地表下发生了什么？一项新的研究利用地震波对该地区的地下环境进行成像，发现岩浆室正在冷却。不过，岩浆结晶时释放出的气体和液体仍可能导致地震。资料来源：E.Biondi这项研究是在地球物理学教授詹仲文（ZhongwenZhan，14年博士）的实验室进行的。描述这项研究的论文于10月18日发表在《科学进展》（ScienceAdvances）杂志上。詹仲文说："我们并不认为该地区正在为另一次超级火山爆发做准备，但冷却过程可能会释放出足够的气体和液体，从而引发地震和小规模喷发。例如，1980年5月，该地区就发生了四次6级地震。"高分辨率图像显示，火山的岩浆室被结晶岩的硬盖所覆盖，这是在液态岩浆冷却凝固后形成的。创新的成像技术为了制作地下图像，研究人员通过测量地震产生的地震波来推断地下环境的样子。地震产生两种类型的地震波：原波（P波）和次波（S波）。这两种地震波在不同材料中的传播速度不同--地震波在液体等弹性材料中传播速度较慢，但在岩石等刚性材料中传播速度很快。通过在不同地点使用地震仪可以测量波的时间差异，并确定它们穿过的材料的特性--弹性或刚性如何。这样，研究人员就能绘制出地下环境的图像。震源整个东山地区有几十个地震仪，但究人员所用的技术是利用光缆（就像提供互联网的光缆一样）进行地震测量，这一过程被称为分布式声学传感（DAS）。用于长谷破火山口成像的100公里长的电缆相当于10000个单分量地震仪。在一年半的时间里，研究小组利用这条电缆测量了2000多次地震事件，其中大多数地震事件都太小，人们无法感受到。机器学习算法处理了这些测量结果，并生成了图像。这项研究是首次利用DAS制作出如此深入的高分辨率图像。以前的局部层析成像研究图像要么只局限于约5千米深的浅层地下环境，要么以较低的分辨率覆盖更大的区域。"这是首次展示DAS如何改变我们对地壳动力学的理解，"加州理工学院DAS科学家、论文第一作者EttoreBiondi说。"我们很高兴能将类似的技术应用到我们对地下环境充满好奇的其他地区。"下一步，研究小组计划使用一条200公里长的电缆对地壳更深处进行成像，大约深入到15到20公里深的地方，那里是火山口的岩浆室--它"跳动的心脏"--正在冷却的地方。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391103.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391103.htm

像重装甲一样的地壳 - 新研究揭示了火星的独特结构

像重装甲一样的地壳-新研究揭示了火星的独特结构苏黎世联邦理工学院的火星地震服务中心于2022年5月检测到地球以外天体上有史以来最强烈的火星地震。这一事件的震级约为4.6级，通过作为NASA洞察号火星任务一部分部署的地震仪在火星表面记录下来。“这次火星地震发出了沿着火星表面传播的强烈地震波，”苏黎世联邦理工学院地球物理研究所的地震学家DoyeonKim说。经过三年多的日常监测，随着InSight地震仪功率水平的下降，研究人员获得了一次大规模火星地震的数据。从这次大型火星地震中观测到的表面波不仅从地震源传播到测量站，而且还继续绕着整个行星传播了几次。这些数据不仅提供了有关火星特定区域的信息，还提供了火星的全球视图。地震学家、刚刚发表在《地球物理研究快报》杂志上的一项研究的主要作者说：“从这次地震中，我们观察到了围绕火星旋转三圈的表面波，这是整个洞察号任务期间记录的最大地震。”为了获得有关波穿过的结构的信息，研究人员测量了这些波在不同频率下传播的速度。火星表面的地形图（左）和地壳厚度的表示（右）。图片来源：MOLA科学团队/DoyeonKim，苏黎世联邦理工学院这些地震速度提供了对不同深度的内部结构的洞察。此前，观测到的两次大型陨石撞击产生的表面波也使得沿着其特定传播路径的区域发现成为可能。“现在，我们有了代表全球结构的地震观测数据，”金说。将新获得的结果与火星重力和地形的现有数据相结合，研究人员能够确定火星地壳的厚度。平均长度为42至56公里（26-35英里）。平均而言，伊西迪斯冲击盆地的地壳最薄，约为10公里（6英里），而塔尔西斯省的地壳最厚，约为90公里（56英里）。从这个角度来看，地震数据表明，地壳的平均厚度为21至27公里（13–17英里），而阿波罗任务地震仪测定的月球地壳平均厚度为34至43公里。“这意味着火星地壳比地球或月球的地壳厚得多，一般来说，太阳系中较小的行星体比较大的行星体具有更厚的地壳。”金解释说：“我们很幸运能够观察到这次地震。在地球上，我们很难使用与火星上发生的相同震级的地震来确定地壳的厚度。虽然火星比地球小，但它传输地震能量的效率更高。”这项研究最重要的结果之一涉及火星北半球和南半球之间的差异。自从望远镜出现以来，人们就观察到了这种对比。它在火星卫星的图像中尤其明显。火星的北半球由平坦的低地组成，而南半球则有高原。北部低地和南部高地之间的划分被称为火星二分法。“人们可能认为这种差异可以用两种不同的岩石成分来解释，”金说：“一种岩石比另一种更致密。”虽然南北的成分可能相同，但地壳的厚度却有所不同。如果南部地壳较厚，则其下方的火星地幔物质密度较低，而北部地壳较薄，则这种致密、较重的物质较多。研究人员究竟能够证明什么？他们写道：“根据地震观测和重力数据，我们表明北部低地和南部高地的地壳密度相似。相比之下，南半球的地壳比北半球的地壳延伸得更深。”金说：“这一发现非常令人兴奋，它结束了关于火星地壳起源和结构的长期科学讨论。去年对陨石撞击火星的分析已经提供了证据，证明南北地壳是由相同的材料构成的。”从厚厚的火星地壳中也可以得出进一步的结论。“我们的研究提供了地球如何产生热量并解释了火星的热历史，”金说。当今火星内部产生的主要热量来源是钍、铀和钾等放射性元素衰变的结果。研究发现，50%至70%的产热元素存在于火星地壳中。这种高积累可以解释为什么下面的局部区域今天可能仍在发生熔化过程。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1371757.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1371757.htm