7月23日,我国首次火星探测任务“天问一号”探测器点火升空 。火星是离太阳第四近的行星,与地球邻近且环境最为相似,是人类走出地月系统开展深空探测的首选目标 。
由于距离遥远,科学家一直在地球上寻找类火星环境进行研究工作 。我国的柴达木盆地是地球上最大的类火星环境,对其进行的科学考察则能为世人瞩目的火星探测提供极为重要的类比资料 。柴达木与火星有何相似之处?它对火星研究领域有哪些重要意义?
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火星:与地球最为相似的行星太阳系八大行星之一的火星,距离地球2.25亿公里,是离地球最近的行星,也是太阳系中与地球最为相似的行星 。它的自转轴倾角、自转周期均与地球相近,平均火星日为24小时39分35.244秒,公转一周约为地球公转时间的两倍 。
在40亿年前,火星是一个湿润、温暖,且拥有浓厚大气层的星球 。它的岩石圈、水和大气之间的相互作用在地表形成了河流、湖泊和地表沉积物 。在演化的早期,火星对生命是一个宜居的环境,科学家甚至不能排除现在火星的深部土壤环境仍然有生命存在的可能性——火星有可能曾经孕育过生命,有可能现在还有生命,还有可能未来能孕育生命 。
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后来,火星的气候由温暖转为干冷,湖泊河流消失,大规模风成地貌形成 。与此同时,火星上还有火山活动,并且曾受到陨石撞击 。因此,它的表面发育了地球上几乎所有类型的地貌,包括火山地貌、冰川地貌、风沙地貌、流水地貌、断陷峡谷以及撞击坑等 。
无论是宜居条件、气候变化还是地形地貌,火星与地球都有相似之处 。如果要探索地外文明,火星会是人类的第一站,而在地球上的类火星环境,是火星研究的重要参考 。
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火星VS柴达木:从湿润到干旱,从风沙到盐湖目前,行星科学家已经在地球上建立了30多个相似性研究基地,从两极到赤道地区都有分布,例如智利的阿塔卡马沙漠,作为极端干旱区域,与火星的气候条件十分相似;南极麦克默多干谷,寒冷干燥的环境,类比火星上的极端永冻土;西班牙力拓河(即红酒河),以酸性环境开展极端微生物生存环境模拟研究……但是从气候到地貌上看,中国的柴达木盆地是最具有代表性的类火星环境 。
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柴达木盆地位于青海省西北部,青藏高原东北部,主要分布在青海省海西蒙古族藏族自治州境内,西北抵阿尔金山脉;西南至昆仑山脉;东北到祁连山脉,面积约24万平方公里,是中国三大内陆盆地之一,属于封闭性的巨大山间断陷盆地 。
大约在5亿年前,这里还是古海的一部分 。由于古板块的俯冲和碰撞作用,南部的昆仑山、东北的祁连山和北部的阿尔金山相继隆起,柴达木便在2亿年前成为内陆盆地,并且在大约2300万年前形成一个高原大湖 。
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周边隆起的大山阻挡了柴达木盆地接受外来水汽的滋润,形成了极端干旱的气候环境——盆地内部的年降水量长期少于50毫米,而盆地的西部更是低至14毫米 。原本的大湖逐渐蒸发消失,风取代了水成为了柴达木地表形态的塑造者,形成了丰富、独特的地形和地貌特征 。
从湿润的宜居之地到极度干旱的荒漠,火星与柴达木盆地的演化过程何其相似,因此两者的环境也有着惊人的相似之处 。
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干旱的地表和雅丹群是火星景观的突出特点,这一特点在柴达木盆地也十分明显 。雅丹是极度干旱环境下以风为主要风化、侵蚀营力的地貌 。在阳光的作用下,火星上稀薄的大气受热不均匀,热空气上升,冷空气下降,于是形成了风 。在风力较大的地方,沙粒磨蚀岩层,形成了大量的雅丹地貌 。
柴达木盆地的雅丹地貌同样由风造就 。西风从阿尔金山北侧积蓄到一定强度后,通过茫崖、冷湖一带进入,强烈的狭管效应进一步增强了这里的风力 。据统计,冷湖、茫崖一带风速大于每秒5米的大风日数,每年可达289天至318天,而8级以上的大风日,年均高达110天 。盛行的西北风对干旱的地表进行强力的雕凿与刻蚀,从而形成了2.24万平方公里的风蚀残丘,是中国最大的雅丹地貌分布区 。干旱、苍凉的大地上矗立着龟背形、槽垄形、圆丘形、立柱形等各种形态的雅丹景观,与火星的地表可以说是难分彼此 。
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