火星是太阳系内与地球最为相似的行星。尽管今天的火星是⼀个寒冷干旱的沙漠星球，但近年来的许多研究表明，数⼗亿年之前的火星或许有着丰沛的降水、河川湖沼，甚至广阔的海洋。同时，科学界对⽕星表⾯液态水的规模和存续时间⼀直有很⼤的争议。“祝融号”的新发现可能将有助于平息争议。

从岩石推测海洋

2021年5月15日，我国“天问⼀号”火星任务装载的“祝融号”火星车，成功着陆于火星的乌托邦平原南部。乌托邦平原具有⼀些独特的地貌，科学家认为，那里可能曾拥有一片古老的海洋，⽽祝融号的着陆点就位于古海洋海岸线附近。

文中配图皆为作者提供

在着陆之后，“祝融号”朝着海岸线⼀路南下，并在⼀年的时间里，行驶了约1921米。在旅途中，“祝融号”使用不同的仪器对地表岩石进行观测，获得了大量数据，其中包括106组详细记录了岩石的表⾯形态与构造特征的全景图像，清晰度超乎想象。

不要小看这些岩石影像！正是通过这些影像，来⾃中国地质大学（武汉）的科学家团队抽丝剥茧地发现了这些岩石的层理构造，推断出祝融号沿途看到的这些岩石，是在海洋的滨海-浅海环境下，由潮汐作用形成的。

那么，这个结论是如何得出的呢？在介绍研究⼈员具体从这些岩⽯影像的中看见了什么之前，我们先必须了解⼀个核⼼概念，那就是岩石的层理构造。层理构造指的是在沉积岩的形成过程中，沉积物在各种因素的影响下，形成的⼀层⼀层的分明的层次结构。层理的类型很多，比如水平层理、交错层理、递变层理等。不同的沉积环境会形成不同的层理构造和层理构造组合。根据这些层理构造特征，地质学家可以判别这些岩石当时是在什么样的环境中形成的。

现在，让我们回到祝融号沿途看到的这些岩石。这些岩⽯普遍都有着鱼骨状交错层理，⽽且它们的层⾯基本平行，层厚较小。

鱼骨状交错层理可以在水下环境中形成。当水流向前移动时，水里携带的泥沙会慢慢沉积，形成⼀层⼀层的沉积物，倾斜⾯向前；如果后来水流的方向变了，形成的层面方向也会随之改变，形成交错层理。当后来的水流方向发生180度的大转向时，就就会形成这种特殊的类似鱼骨的层理。在地球上，最常见的水流方向变化区域，就是靠近海边的潮滩浅水区域，随着涨潮和落潮，水流会发生180度的大转向。

不过，除了在水下，地表环境中的风向变化也能形成这样的鱼骨状交错层理。但不同的是，风向变化形成的层⾯通常是不平行的，而且形成的层厚也要比海洋潮滩区域大得多，从几厘米到几米不等。

祝融号观测到的岩石的沉积层理，厚度基本上不超过⼀厘米。因此，从这个较小的规模来看，这些岩石更可能是在水流的作用下形成的，而不是风。而且，研究区域内的沉积物具有被水下河道切割的特征。综合这些特征来看，这些岩石更可能形成于水下环境。

如何判断是浅海环境？

这和水动力大小的分析结果有关。在不同的海洋深度，沉积构造显著不同，如果是深海的话，只会有水平层理，不会有交错层理。

在进⼀步仔细分析鱼骨状交错层理特征时，研究⼈员发现两个方向上的层理厚度和砂砾大小不⼀样。砂砾可以反映水动力的强度。水动力越强，能够带动的泥沙颗粒就越大，泥沙量就越多，沉积的层也就越厚；如果水流变弱的话则恰恰相反。

因此可以看出，形成了这些岩石的古水流，在两个方向上的水流强度是不⼀样的。这些特征与涨潮 和落潮时的水动力强度变化相⼀致。此外，研究区岩石在细粒纹层中偶尔出现的较大的碎屑颗粒，也都是典型的潮汐成因沉积物。

综合来看，就得出了这些岩石是形成于浅海海洋环境的认识。

这些观测结果是迄今为止首个支持火星北部平原古海洋存在的直接性原位探测证据。与地球相比，火星只有两颗小卫星，它们能在火星上引起的潮汐作用会比较弱，能带动的水流也比较小，只能形成小规模的层理构造。

这次的发现首次提供了海洋沉积物的结构构造特征，为火星存在古海洋之争提供了独立证据，因此对于揭示火星过去的历史和⽓候环境演变是个不小的突破。

值得⼀提的是，分析这些岩石并不容易，因为这些岩⽯表⾯有不少被沙尘覆盖，也有叠加在层理构造之上的风蚀凹槽等。在经历数个月的详细分析，有效区分原始层理和后来的改造作用形迹，以及与其他容易混淆的层理构造对比之后，才得到本研究的认识。

我们也期待祝融号继续传回高质量的数据，在向古海岸线行驶的路途中，有更多新的发现。

本文为科普中国·星空计划扶持作品

作者：肖龙

审核：赵宇鴳（成都理工大学行星科学国际研究中心 研究员）

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

来源: 星空计划

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