NASA“洞察号”探测器利用地震数据揭示火星地表下存在浅的沉积层

在火星第二大火山区Elysium Planitia收集的地震数据表明，在该星球表面下的熔岩流之间存在着一个浅的沉积层。这些发现是在NASA的“洞察号”（InSight）任务（利用地震调查、大地测量和热能传输进行的内部探索）框架内获得的，包括科隆大学科学家在内的几个国际研究团队进行了合作。相关论文于11月23日发表在《自然-通讯》杂志上。

苏黎世联邦理工学院的地球物理学家Cédric Schmelzbach博士及其同事，包括地震专家Brigitte Knapmeyer-Endrun博士和科隆大学本斯堡地震观测站的博士研究员Sebastian Carrasco（硕士），利用地震数据分析了Elysium Planitia地区的构成。作者检查了浅层地下到200米左右的深度。就在地表之下，他们发现在15米厚的粗块状喷出物（在陨石撞击后被喷出并落回地表的岩石块）之上，有一个以沙质材料为主的再生石层，大约有3米厚。

在这些顶层下面，他们发现了大约150米的玄武岩，即冷却和凝固的熔岩流，这与预期的地表下结构基本一致。然而，在这些熔岩流之间，从大约30米的深度开始，作者又发现了一个厚达30到40米的层，地震速度很低，这表明相对于较强的玄武岩层，它含有较弱的沉积物质。

为了确定较浅的熔岩流的日期，作者使用了现有文献中的陨石坑数据。关于陨石撞击率的既定知识使地质学家能够确定岩石的日期：有许多陨石撞击坑的表面比有较少撞击坑的表面要老。另外，直径较大的陨石坑会延伸到下层，使科学家能够确定深层岩石的日期，而较小的陨石坑则使他们能够确定浅层岩石的日期。

他们发现，较浅的熔岩流大约有17亿年的历史，形成于亚马逊纪--火星上的一个地质时代，其特点是陨石和小行星撞击率低，以及寒冷、超干旱的条件，始于大约30亿年前。相比之下，沉积物下面更深的玄武岩层形成的时间要早得多，大约36亿年前的西方纪，该时期的特点是广泛的火山活动。

作者提出，具有低火山速度的中间层可能是由夹在西方纪和亚马逊纪玄武岩之间的沉积物组成，或者是在亚马逊纪玄武岩本身之内。这些结果提供了第一次机会，将浅层地下的地震地面实测数据与先前基于轨道地质测绘的预测进行比较。在登陆之前，Knapmeyer-Endrun博士已经根据地面类似物建立了“洞察号”登陆点浅层地下的速度结构模型。现在的实际测量结果表明有更多的分层以及更多的多孔性岩石。

Knapmeyer-Endrun说：“虽然这些结果有助于更好地了解Elysium Planitia的地质过程，但与登陆前的模型进行比较对未来的登陆任务也很有价值，因为它可以帮助完善预测。对浅层地下的特性的了解是必要的，例如，评估其承载能力和漫游车的可通行性。此外，浅层地下的分层细节有助于了解哪里可能仍然含有地下水或冰。在科隆大学的博士研究框架内，Sebastian Carrasco将继续分析Elysium Planitia的浅层结构对火星地震记录的影响。”

“洞察号”登陆器于2018年11月26日抵达火星，在Elysium Planitia地区着陆。火星一直是众多行星科学任务的目标，但“洞察号”任务是第一个使用地震方法专门测量地表下层的任务。