火星地表（艺术图）（图片来源：美国国家航空航天局）

【科普园地】

◎记者 张佳欣

火星地表并非一直是寒冷荒漠。越来越多的证据表明，数十亿年前，这颗红色星球的表面曾流淌着水。如果有水，那必定也有一层厚厚的大气层来防止水结冰。但大约在35亿年前，水干涸了，曾经富含二氧化碳的空气急剧变薄，只留下一丝稀薄的大气层包裹着这颗星球。

那么，火星的大气层究竟去了哪里？这个问题是火星46亿年历史中的一个核心谜团。

对于美国麻省理工学院的两位地质学家而言，答案或许就藏在火星的黏土之中。他们在最新一期《科学进展》杂志上发表的一篇论文中提出，火星上大量消失的大气层可能被锁在了火星的黏土覆盖层中。

他们重点研究了一种名为蒙脱石的黏土矿物，这种矿物可以吸收大量的碳。在地球上，蒙脱石是由大陆板块运动形成的。这种构造活动将蒙脱石抬升到地球表面。当这种褶皱的黏土矿物暴露在地表时，它会吸收二氧化碳，将这种温室气体从大气中去除，并帮助地球在数百万年内降温。

科学家注意到，火星上也含有丰富的蒙脱石黏土。这促使他们提出一个重要问题：这颗红色星球缺乏板块构造活动，这种褶皱的黏土矿物是如何形成的？

为了回答这个问题，他们转而研究地球的地质历史。其中一个线索是，在火星地壳中远程探测到一种硅含量较低的火成岩，被称为“超镁铁质岩”。在地球上，这种火成岩在被水腐蚀或风化时会形成蒙脱石。在火星上，有证据表明，那里曾有古老的河流，水可能在那里流动并与底层岩石发生反应。

随后，科学家利用地球上水与火成岩相互作用的知识，创建了一个适用于火星的模型。利用这一模型，他们发现，在十亿年的时间里，水可能已经渗透过地壳，与一种富含火成岩的镁铁硅酸盐矿物——橄榄石发生了反应。这种矿物富含铁，水中的氧会在此过程中与铁结合，释放出氢气。这种氧化铁可能有助于火星呈现独特的红色。

接下来，释放出的氢气可能与水中的二氧化碳结合形成甲烷（一种可以在火星黏土表面储存数十亿年的碳形态）。这种反应慢慢地将橄榄石转化为另一种富含铁的岩石——蛇纹石。随着蛇纹石继续与水发生反应，最终可能形成蒙脱石。

蒙脱石黏土具有强大的碳储存能力。目前，这些甲烷可能仍然存在，甚至未来可能成为火星上的能源。考虑到火星表面估计覆盖的黏土量，火星黏土可以储存相当于火星最初早期大气层中约80%的二氧化碳。

科学家提出，这些被封存的火星碳或许有一天能被回收并转化为推进剂，为火星与地球之间的未来任务提供动力。