地球是一个地质活动活跃的星球，这意味着它的板块构造和火山喷发一直没有停止。这种活动一直延伸到地核，液态外核和固态内核之间的作用产生了行星磁场。相比之下，火星几乎是一个“停滞的盖”行星的完美例子，那里的地质活动在数十亿年前，其表面从那时起就一直停滞不前。
但火星上的许多山脉，包括太阳系最高的奥林匹斯山(Olympus Mons)，表明这个星球曾经是火山活动的温床。根据美国宇航局最近支持的一项研究，有证据表明，40亿年前，在火星北部的阿拉伯半岛地区发生了数千次“超级喷发”。这些火山喷发持续了5亿年，对火星的气候产生了巨大的影响。
这项研究最近发表在《地球物理研究快报》上，由美国宇航局戈达德航天中心的地质学家帕特里克·惠利领导。他与来自马里兰大学、宾夕法尼亚州立大学、约翰霍普金斯大学应用物理实验室(JHUAPL)和岩土工程咨询公司Landau Associates的研究人员一起工作。
在地球上，火山爆发有时会释放大量的灰尘和有毒气体到空气中，遮挡阳光，几十年来改变气候。当这些喷发发生时，它们将大约1015升的熔岩和气体喷过地表，并将一层厚厚的火山灰覆盖到离喷发地点几千公里的地方。这种规模的火山并没有留下多山的遗迹，而是坍塌成一个巨大的洞(“破火山口”)，直径可达几十公里。
在火星上的阿拉伯半岛，七个火山口的存在首次表明该地区可能曾经有过能够超级爆发的火山。科学家曾一度认为它们是数十亿年前由小行星形成的一系列撞击盆地。然而，在2013年，一组科学家发表了一项研究，他们提出这些洼地实际上是火山口。
他们认为，一些关键的迹象包括，这个凹陷并不是像陨石坑那样完美的圆形，以及非常深的地板和靠近墙壁的岩石长椅(崩塌的迹象)。Whelley和他的团队，包括合著者Alexandra Matiella Novak (JHUAPL的火山学家)，决定进一步调查这种可能性。但他们并没有寻找火山本身，而是寻找火山灰的迹象。
马蒂拉·诺瓦克已经利用美国宇航局火星勘测轨道飞行器(MRO)的数据在火星其他地方寻找火山灰的迹象。在与威利和他的团队合作后，他们开始在阿拉伯半岛地区寻找类似的数据。正如马蒂拉·诺瓦克(Matiella Novak)在美国宇航局(NASA)最近的一份新闻稿中所解释的那样:
“所以我们把它捡起来在这一点上,说,“好了,这些都是矿物质火山灰与改变相关,已记录,所以现在我们要看看矿产分布,看看他们如何遵循的模式,我们希望看到super-eruptions。”
他们的方法建立在另一个研究团队的工作基础上，该团队也了解到阿拉伯半岛Terra盆地可能是破火山口的理论，并计算出该地区可能发生超级喷发的火山灰会在哪里沉降。根据他们的研究结果，火山灰会沿着下风向东移动，在那里，火山灰会从火山中心(即火山口)逐渐变薄。
利用MRO火星小型侦察成像光谱仪(CRISM)的图像，该小组在火星表面、峡谷壁和火山口附近数百至数千公里处寻找矿物质的迹象，在那里火山灰可能被风携带。最终，他们发现了蒙脱石、易长岩和硅烷等被水转化成粘土的火山矿物。
然后，他们把这些矿物数据放在地形图上，地形图是由MRO的相机拍摄的图像制成的，生成了阿拉伯半岛的三维地形图。研究小组由此发现，火山灰层在富含矿物质的沉积物中保存得很好，而不是被风和水混合在一起。正如研究小组之前预期的那样，火山灰的分层方式与新沉积时相同。
曾与惠利和诺瓦克共事的NASA戈达德的地质学家雅各布·理查森说:
根据每个火山口的体积，提出阿拉伯半岛曾经有火山活动的科学家还计算了每次超级喷发会释放出多少物质。这些信息使Whelley和他的同事们能够计算出产生他们发现的大量火山灰所需要的喷发次数，并得出结论:1000到2000年的超级喷发发生在5亿年的时间里。
威利说:“每一次喷发都会对气候产生重大影响——可能释放的气体使大气变厚，或者遮挡太阳，使大气变冷。”“火星气候的建模者将需要做一些工作，以试图理解火山的影响。”
除了这些火山是如何影响火星气候的问题之外，还有一个问题就是为什么这么多的火山口集中在这一区域。在地球上，具有超级喷发能力的火山分布在地球各地，并与其他类型的火山共存。火星上还有许多其他类型的火山，比如奥林匹斯山和组成塔尔西斯山链的三大山脉——阿斯克雷厄斯山、帕沃尼斯山和阿西亚山。
到目前为止，阿拉伯Terra是火星上唯一发现超级火山证据的地区。这就提出了一个问题，即破火山口是否集中在地球上的一些地区，但随着时间的推移，它们受到了物理侵蚀，或者由于板块构造而移动。与此同时，这项研究也可以为未来在太阳系其他天体上寻找超级火山的研究人员提供信息。
例如，木星的卫星木卫一以向太空释放强大的熔岩柱而闻名，熔岩柱可达500千米(310英里)。还有证据表明，金星上的火山活动仍在继续，这就产生了在某些区域聚集着火山口的可能性。看看这些和其他地质过程在地外天体的演化中扮演了什么角色，将是一件非常有趣的事情。
进一步阅读:美国宇航局，地球物理研究快报
点击分享到
