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南極冰蓋深處發現罕見鐵礦物 助證明火星曾出現冰川

2021/2/2 — 21:23

上月刊於《自然通訊》的研究指,多次在火星發現的礦物黃鉀鐵礬 (Jarosite) ,在地球南極冰層深處中也能找到。

黃鉀鐵礬是種黃褐色、含硫酸鹽、鐵和鉀的礦物,在地球上較為罕見,但在火星上似乎含量非常豐富。團隊指,發現可解開黃鉀鐵礬如何在火星上形成的秘密,該謎團自 2004 年起機會號在火星發現黃鉀鐵礬以來,一直困擾科學家。

新發現表明,南極和火星的黃鉀鐵礬都以相同的方式形成:當含有適當元素混合的粉塵被困在冰中,就會創造出這些粉塵轉化為黃鉀鐵礬的條件。

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雖然在地球上罕見,但火星表面有黃鉀鐵礬的可能性早於 1987 年已首次被提出,多年後,機會號確認了該礦物存在於火星,發現非常令人興奮,因為黃鉀鐵礬不能在缺水情況下形成。但情況仍然令人困惑,因為礦物以細顆粒狀的分層沉積物形式出現,故此難以確定其形成方式。

除了鐵和鉀等元素外,黃鉀鐵礬還需要酸性條件以及適當比例的水才可形成,否則就只會變成針鐵礦 (goethite) ,亦即鐵鏽中的最主要的組成部分。

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在地球上,黃鉀鐵礬可通過硫酸與地下水的互動而形成,因此大多數假說都認為黃鉀鐵礬是在火星中已蒸發的湖泊盆地或通過火山作用形成的。但假說未能確證,因為火星地殼主要是鹼性的玄武岩,當接觸任何酸性液體都將會快速被中和。

由於已知火星曾經歷過至少 5 次冰期,因此黃鉀鐵礬由困在冰層中的塵埃形成亦不無道理。根據此推斷,含有豐富硫化合物的火山氣霧,可能困於冰層中,促進粉塵的酸性風化,形成黃鉀鐵礬。

這種黃鉀鐵礬形成機制從未在太陽系其他星體觀察到,直到意大利米蘭比科卡大學環境及地球科學部研究員 Giovanni Baccolo 領導的團隊研究了一個 1,620 米長、來自南極東部冰蓋冰芯樣本。

團隊發現,該樣本包含微小但大量的黃鉀鐵礬。考慮到這些深度的冰未曾被干擾至少數千年 ── 樣本中最古老的地方更可以追溯到 25 萬年前 ── 晶體亦顯示出與該環境一致的化學風化跡象,團隊認為該些礦物是在地球形成,而非透過例如隕石的外來因素形成。

這亦反過來,證實了火星上的黃鉀鐵礬在冰川內形成。團隊指,南極冰層深處的環境遠離地球大氣層,與火星環境有相似的地方;而這種形成機制也解釋到為何黃鉀鐵礬普遍存在整個火星上。

來源:
Science Alert, A Mineral That Keeps Showing Up on Mars Has Been Found Deep in The Antarctic Ice, 1 February 2021

報告:
Baccolo, G., Delmonte, B., Niles, P.B. & et al. (2021). Jarosite formation in deep Antarctic ice provides a window into acidic, water-limited weathering on Mars. Nat Commun 12, 436. doi: 10.1038/s41467-020-20705-z

文/Alan Chiu

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