灾难性的洪水塑造了火星上独特的地貌

数十亿年前，火星表面遍布着巨大的湖泊，这些湖泊是由撞击坑慢慢填满水而形成的。最终，许多湖泊溢出边界，引发了灾难性的洪水，在周围的地貌上凿出峡谷。

科学家本周在《自然》杂志上报道说，这些短而深的河道可能在塑造火星地形方面发挥了意想不到的重要作用。研究人员比较了火星上陨石坑溢流和河流侵蚀形成的山谷的卫星图像，发现与陨石坑湖相关的峡谷占山谷总体积的近四分之一。这些发现凸显了影响地球和火星地貌的过程之间的关键差异，对理解我们的邻居过去的宜居性具有重要意义。

“它们并不是我们在全球范围内可以忽略的个别现象，”德克萨斯大学奥斯汀分校的行星科学家、这项研究的合著者蒂莫西·古奇 (Timothy Goudge) 说。“认识到这是一个全球性的过程有助于我们思考火星表面是如何演化的。”

在火星早期较为潮湿的时期，火山口湖的宽度可达数百公里，大小堪比地球上的里海。许多这样的湖泊最终变得非常满，以至于水溢出了火山口的边缘，磨损了火山口，让更多的水溢出。在其他情况下，洪水的发生是因为火山口中储存的所有水产生的巨大压力使火山口边缘破裂。

这一切都发生在 35 亿多年前，因此很难知道这些水道形成的速度有多快，古奇说。然而，他和他的同事正在使用计算机模型重现过去的洪水，并怀疑它们发生的时间是几天到几周。

火星上还有类似地球上的分支山谷网络，这些山谷网络是由降雨或融雪形成的河流在数万至数十万年间侵蚀而成。研究人员通常认为，这一缓慢的过程是火星山谷形成的主要方式。

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“我们的工作就是检验这一假设，看看这些灾难性的洪水是孤立的、一次性事件，还是具有全球影响？”古奇说。

他和他的团队查阅了火星山谷的地图，确定了哪些山谷是由逐渐侵蚀形成的，哪些山谷是由火山口湖形成的。接下来，研究人员利用美国宇航局的火星全球探测器收集的海拔数据来确定山谷的深度。

根据这些信息，研究小组计算出，与火山口湖爆发相关的峡谷仅占火星山谷总长度的 3%，但占其体积的 24%。这些水道深深地切入地貌，中间值为 170.5 米（559.4 英尺），是通过逐渐侵蚀形成的河谷的两倍多。古奇和他的同事估计，古代洪水冲刷出了大约 14,000 立方公里（3,358.8 立方英里）的沉积物——足以填满苏必利尔湖和安大略湖，只剩下一点点，他说。

在地球上，融化的冰盖涌入的水有时会导致冰川湖溢出并引发洪水，形成华盛顿州的 Channeled Scablands 等地貌。然而，地球的板块构造活动异常频繁，许多撞击坑原本可能形成湖泊，但这些撞击坑却被摧毁了。火星没有板块构造，所以它的陨石坑“只是闲置着”，Goudge 说。

“在地球上，这些湖水泛滥在某些时期非常重要，尤其是在过渡时期，”他说。“我们认为，对于火星来说，它们一直都很重要。”

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了解火星的水和气候历史是弄清火星上是否曾存在适宜生命生存的条件的关键。未来，古奇和他的同事计划调查哪些火山口湖的洪水可能强大到足以改变邻近河谷网络的地形——这种事情在地球上很少发生。

“将火星山谷系统与陆地山谷系统进行比较可能比我们之前认为的更像苹果和橘子，”他说。“我们需要考虑火星地形的独特复杂性，以便更好地了解过去的环境。”