美国宇航局的好奇号探测器于 2015 年首次发现了这种不寻常的矿物。

2015 年 7 月 30 日，美国宇航局的好奇号火星车从一块岩石上钻出的银色尘埃。对尘埃的分析表明它含有矿物鳞石英，这是非常出乎意料的。 （图片来源：NASA/JPL-Caltech/MSSS）

研究人员透露，自七年前发现以来一直困扰科学家的神秘火星矿物可能是在一次不寻常的火山喷发中喷出的。这种通常只在地球​​上发现的矿物，很可能是在 30 亿多年前在这颗红色星球上形成的。

2015 年 7 月 30 日，美国宇航局的好奇号火星车在 96 英里宽（154 公里）的盖尔陨石坑中心的岩石中发现了这种矿物。火星车在岩石上钻了一个小洞，并提取了一个银色的尘埃样本。好奇号的机载 X 射线衍射实验室分析了尘埃并检测到鳞石英——一种罕见的石英，完全由二氧化硅或二氧化硅制成，由某些类型的火山活动形成。

这个不寻常的发现完全出乎意料。 “在盖尔陨石坑中发现鳞状石英是好奇号火星车在探索火星 10 年来所做的最令人惊讶的观察之一，”该研究的合著者、休斯顿莱斯大学的行星科学家、美国宇航局的任务专家克尔斯滕·西巴赫 (Kirsten Siebach)好奇心团队，在一份声明中说。

主要研究作者、北亚利桑那大学和莱斯大学的行星科学家瓦莱丽佩雷在一封电子邮件中告诉 Live Science，鳞屑石的发现让研究人员感到震惊，主要原因有两个。 首先，以前认为火星的火山活动不适合生产鳞状石英等富含二氧化硅的矿物。 其次，科学家们认为盖尔陨石坑曾经是一个古老的湖泊，附近没有可见的火山，这让科学家们在试图弄清楚这种矿物是如何落入湖底时摸不着头脑，Payré 说。

在这项新研究中，研究人员提出了一个可能最终解开谜团的解释。研究人员怀疑，一座未知火山的爆炸性喷发将富含鳞状石英的灰烬喷射到火星天空中，然后落入盖尔火山口的古老湖泊中。

当灰烬落入水中时，它会通过物理和化学过程的结合分解成各个部分。研究人员认为这就是为什么鳞石英样品如此纯净且没有被灰分污染的原因。 “如果灰烬直接沉积在我们发现它的位置[没有水]，我们预计会有厚厚的灰烬层，”Payré 说。

在地球上仅在一个地方观察到类似的情况——墨西哥的特科科穆尔科湖，在那里从湖底升起的火山岩中发现了鳞石英。

如果富含鳞状石英的火山灰确实在盖尔陨石坑还是一个湖泊的时候落入了它，那么这次喷发很可能发生在 30 亿到 35 亿年前，当时研究人员怀疑这个陨石坑充满了水。 “爆炸性喷发一定是在那个时间范围内发生的，”佩雷说。然而，根据研究人员的声明，最近的研究表明，在 10 亿年前，盖尔陨石坑可能仍然是一个湖泊。

美国宇航局的好奇号火星车在它提取鳞状石英的岩石旁边拍下了这张低角度自拍。 （图片来源：NASA/JPL-Caltech/MSSS）

研究人员仍然不确定产生鳞状石英样本的火山在红色星球上的位置。佩雷说，它可能来自附近的一次小型喷发，或者来自更远的地方的大规模爆炸。她补充说，很难在火星上找到过去的火山，因为很难区分撞击坑和已经侵蚀了数十亿年的火山口。

研究人员还必须解释鳞状石英是如何在火星上形成的，火星的条件被认为与地球非常不同。

Payré 说，通常情况下，鳞石英在地球上常见的极高温度和富含二氧化硅的火山环境中形成。然而，先前来自火星的证据表明，这颗红色星球上的火山喷发是玄武质的，这意味着它们的二氧化硅含量大大降低。这是因为火星没有构造板块，而构造板块是地球富含二氧化硅的喷发的主要来源，Payré 补充说。

对火星上发现的鳞石英的进一步分析表明，它与地球火山中形成的鳞石英略有不同。这表明火星版本是在稍微不同的条件下形成的，Payré 说。

研究人员提出，在盖尔陨石坑中发现的鳞石英是在这座未知火山下方的岩浆房内长时间形成的。根据这项研究，室内的温度可能会略低于地球上形成鳞石英的火山的条件，但研究小组认为，这可能使矿物随着额外二氧化硅的出现而缓慢形成。

Siebach 说，在地球上已经观察到类似的矿物形成途径，这种情况代表了“我们在火山口中发现的其他火山岩的直接演化”。

尽管提议在火星上形成鳞石英需要比地球上更少的二氧化硅，但研究人员指出，在盖尔陨石坑中发现的样本的诞生火山可能具有比过去证据表明的更高的二氧化硅含量。

“这项工作表明，火星的火山历史可能比我们在好奇号之前想象的更复杂、更有趣，”西巴赫说。

佩雷说，好奇号及其继任者恒心漫游者的未来发现，以及美国宇航局提出的火星样本返回任务带回地球的火星岩石，可能有助于更多地了解火星古老的火山历史。

该研究将发表在 9 月 15 日的《地球与行星科学快报》杂志上。