澳科大學者聯合粵港學者發表
關於火星粘土礦物最新研究進展與展望的綜述文章

近日，國際地球與行星科學領域著名期刊Earth-Science Reviews在線發表了題為“Clay minerals on Mars: An up-to-date review with future perspectives”的綜述文章。文章對火星粘（黏）土礦物的現有認識進行了系統總結與評述（圖1），包括火星粘土礦物的定義、結構和水化狀態，全球分佈特徵，形成機制，環境指示意義，探測手段以及未來研究方向的展望等。澳門科技大學月球與行星科學國家重點實驗室杜培鑫助理教授為文章的第一作者和通訊作者，合作作者包括廣東工業大學的袁鵬教授、香港大學的劉嘉成研究助理教授和葉斌龍博士。

杜培鑫助理教授

圖1 圖文摘要

火星粘土礦物記錄了火星上的水-岩相互作用歷史，是最重要、也是關注度最高的一類礦物。它們的種類、豐度和地質產狀可提供有關火星地質演化過程及相關古環境、火星（過去）生命宜居性等信息。因此，人類自對火星進行科學探測以來，一直高度重視對火星粘土礦物的探測和研究，迄今（尤其是近二十年來）也已取得系列重要進展。然而，由於在不同階段所利用的技術種類不同（即使對於同一技術，其採集數據的質量也不斷提升），加之數據處理理論和方法也在不斷迭代以及至今未能將火星樣品返回地球等原因，目前關於火星粘土礦物的認識仍存在很多不一致甚至相互矛盾、或亟待更新或進一步研究之處。

鑒於此，文章基於對從現有火星粘土礦物相關文獻中選取的三百餘篇代表性文獻進行研讀的基礎上，詳細對比、總結和評述了火星粘土礦物的定義、結構和水化狀態，全球分佈特點和形成機制，環境指示意義以及不斷發展的各類探測技術等最新研究進展，具體歸納如下：

火星粘土礦物的定義和結構分類基於它們在地球上的類似物。一些火星粘土礦物含水較其地球類似物少，因此具有不同的層間結構；這可能影響其在火星表面的鑒定。

到目前為止，幾乎所有地球上的主要粘土礦物類型已在火星上被發現，包括高嶺石亞族礦物（如高嶺石、埃洛石）、蛇紋石、富鐵/鎂蒙皂石族礦物（例如綠脫石、皂石）、富鋁蒙皂石族礦物（如蒙脫石、貝德石）、伊利石/白雲母、綠泥石和水鋁英石。其中，富鐵/鎂蒙皂石族礦物在火星上分佈最廣泛。

火星上的粘土礦物遍佈於諾亞紀和西方紀早期（>35億年）的古老地層中（圖2、圖3）。它們形成的起始和結束時間尚未得到較準確的限定，但它們的空間分佈與火星南部高地和北部低地之間的地形和地質年齡的二分性大體一致。

火星上的粘土礦物主要通過化學風化作用、沉積作用（包括碎屑沉積作用和化學沉積作用）和熱液蝕變作用形成於地表或地下，雖然其它機制也對一些地區的火星粘土礦物的形成有所貢獻。

火星粘土礦物在古老地質體中的廣泛分佈表明火星早期經歷了全球性的水蝕變過程（圖6），該過程被認為主要發生在中性至鹼性環境（儘管最新研究結果表明，不能排除弱酸性環境）。另一方面，由於具有保存有機質和維持古老宜居性的強大潛力，粘土礦物產出地區一直是尋找（古老的）火星生命痕跡的重要目標。此外，火星粘土礦物的原位資源利用有望為火箭發射、人類登火和火星移民提供液態水。

目前用於火星粘土礦物（可擴展為含水礦物）探測、鑒定和研究的技術可分為四類：①基於地球太空望遠鏡的觀測，②基於火星軌道器的大尺度遙感勘測，③基於火星著陸器/漫遊車的就位探測，以及④基於火星隕石和地球類似環境樣品的實驗室研究和地球化學模擬等。總結並對比了四類技術以及每類技術所包含的各類方法在火星粘土礦物探測中的應用情況、優缺點以及基於該類（種）手段所取得的主要認識。在這些技術中，基於火星軌道器的可見-近紅外反射光譜技術是在全球或區域尺度上研究火星粘土礦物的最有效的技術（圖4），而基於漫遊車的原位X射線衍射技術則是在更小尺度上分析火星粘土礦物的最精確技術（圖5）。未來，將更複雜儀器（例如：可進行原位地質年代準確測定的儀器）送往火星，甚至人類直接登陸火星進行研究和/或將火星樣品返回地球進行精細實驗室研究將大大提升我們對火星粘土礦物及其反映的火星古環境古氣候變化的認識。