火星矿产资源及其探索研究（2）
胡经国
（续前）
三、火星地质简介
1、火星地质科学
火星地质学（Mars Geology），是一门运用地质学原理和技术方法研究火星的物质组成、表面特征、地质构造、内部结构构造、物理场、成因及其演化历史的学科。
从17世纪初期（1610年）伽利略第一个用望远镜观察研究火星以来，地球人类发射了一系列探测器，对火星进行比较系统的探测，特别是“海盗”号降落器、“海盗火星探路者”和“火星全球勘探者”，对火星的大气、地形地貌、土壤与岩石、物理场与内部结构构造进行了较全面的探测和研究。
2、火星物质组成
⑴、火星土壤概述
火星土壤是指由火星岩石遭受风化作用后产生的碎屑物质。“海盗”1、2号着陆器都在盆地上着陆；那里的火星土壤为大量红色细粒物质，并且散布有角砾状岩石碎块。
火星与太阳之间的距离为1.52天文单位。火星直径平均值为6794公里；质量为6.418×10克；密度为4.05克/厘米。磁场强度为地球的0.1～0.2%。火星有两颗卫星——火卫一和火卫二；它们的反照率都很低，可能是由类似碳质球粒陨石的物质组成的。
⑵、火星土壤化学元素组成
火星土壤的主要组成元素有：氧，其含量约占50%；硅为15～30%；铁为15～16%；铝为2～7%；钙为3～8%；以及少量的钾、磷、硫、氯、钽、铬、镁、钴、镍、铜等元素。
其中，硫的含量（2.6～3.1%）比地球地壳的平均含量高1～2个数量级；钾的含量低于0.25%；铷、锶、钇及锆的含量比大多数地球火成岩低得多。
火星土壤的化学成分以高铁、中等的镁、钙及硫和较低的铝为特征。它的化学组成并不代表原岩的成分，很可能是镁铁火成岩发生各种化学、风化作用的产物。
另有资料显示，火星土壤的化学成分主要是：O（50%）、Si（15%～30%）、Fe （12%～16%）、Mg（5%）、Ca（3%～8%）、S （3%～4%）、Al （2%～7%）、K （＜0.25%）、Ti（0.5%～2.0%）；其它还有P、Ta、V、Gr、Mg、Co、Ni、Cu等。
⑶、火星土壤化合物组成
按照氧化物的质量分数，火星土壤的化合物组成为：SiO2 （44%）、Al203（5.6%）、Fe2O（18.4%）、SO2（8.6%）、MgO（8.5%）、CaO（5.6%）。
因此，火星土壤含铁较地球土壤高，尤以FeO含量甚高，并有镁硫酸盐、氧化铁、碳酸盐。火星土壤硫含量为地球土壤的100倍，钾含量仅为地球土壤的1/5；没有有机物。
⑷、火星土壤矿物组成
火星元素丰度与任何已知单一矿物或岩石类型不同，代表多种矿物的混合物。火星表面的黄褐色是由于表土含磁（赤）铁矿引起的，是一种氧化的表面环境。说明火星过去曾经有过丰富的水，而且化学风化作用仍在进行。
根据火星土壤矿物成分计算，火星土壤是由80%的富铁粘土、大约10%的硫酸镁，大约5%的碳酸盐、以及大约5%的氧化铁所组成的混合物。该混合物的矿物组成，相当于59.1%的绿脱石、21.7%的蒙脱石、11.8%的水镁矾、1%的石盐，大约0.5%的TiO2及5.9%的方解石。
⑸、火星表面矿物岩石组成
火星表面物质成分是指火星表面固体物质的化学和矿物构成。“水手9号”红外线资料证实，火星表面有冰或由风化作用形成的含水矿物。从火星表面熔岩地貌判断，熔岩的粘度颇低，似玄武岩质熔岩。据大气尘粒的二氧化硅激发谱带特征，其SiO2 含量平均值约为60%。
根据“海盗”1、2号着陆器获得的火星土壤成分，可能是基性火成岩经化学风化作用的产物。
前苏联“火星”5 号宇宙飞船Y射线资料表明，在火星表面，铀、钍、钾含量相当于地球的基性火成岩。由此推测，火星表面岩石成分应以中基性火成岩为主。
根据在地球上进行的光谱分析，在火星“沙漠区”（较明亮部分）分布有褐铁矿、赤铁矿以及被褐铁矿膜包裹的硅酸盐矿物等矿物成分，可能为安山岩和玄武岩之类的岩石经氧化或水化的风化产物。在火星灰暗部分的矿物成分中有粗粒而丰富的橄榄石或辉石。
3、火星表面地质特征
⑴、火星地形地貌一般特征
如前所述，火星基本上是一颗沙漠行星。地表沙丘、砾石遍布；无稳定的液态水体；以二氧化碳为主的大气既稀薄又寒冷，沙尘悬浮其中，每年常有尘暴发生。
与地球相比较，火星地质活动不活跃。在远古地质活动较活跃的时期，在火星地表的大部分区域分布有密布的陨石坑、火山与峡谷，包括太阳系最高的山——“奥林帕斯山”和最大的峡谷——“水手号峡谷”。
下图为：火星地形图（图源：网络）。
火星另一个独特的地形地貌特征是，火星南北半球的地形地貌具有明显差别：南方是古老、充满陨石坑的高地；而北方则是较年轻的平原。
火星两极都具有主要由水和冰组成的“极冠”，而且其上面覆盖的干冰会随季节而消长。
⑵、火星地形地貌及地质单元区划与特征
火星表面地形地貌及地质单元区划与特征如下：
①、南半球地势高而地形崎岖不平；北半球地势低而地形平坦。
②、分布有许多大小不同的陨石撞击坑。其撞击坑直径一般为0.8～50公里，大的可达1600公里。
③、发育有大的火山盾、圆丘及火山锥。例如，“奥林波斯山火山盾”的直径达600公里；其顶部有火山口，由玄武岩构成。火星表面的广大地区覆盖着大量的喷出岩，由其构成火山平原、火山山脉及沟槽地貌。
④、具有由强烈的构造活动而形成的构造地堑。
⑤、峡谷和运河。
⑥、有高达2000米，延伸1000多公里的悬岩和峭壁。
⑦、具有与月海相似的大圆形盆地。
⑧、各式各样的风成沉积地貌和砂丘。
⑨、由于极区冰川作用，因而冰川将各种碎屑物质搬运至中纬度地区而形成冰川侵蚀地貌和堆积地貌。
根据火星探测的地质分析，火星表面地貌地质单元可以划分为：密布陨石撞击坑的古老地区，比较年青的火山平原区，巨大的火山地盾及广阔的沉积物区。
（未完待续）
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