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一位艺术家描绘了约45亿年前火星上发生的巨型撞击场景。

图片来源：美国国家航空航天局喷气推进实验室加州理工学院

在阿尔及利亚发现的一块陨石为人们打开了一扇罕见的窗口，让我们得以了解火星近20亿年的历史，而这段历史在地质记录中基本缺失。

这块陨石的特征完全出乎意料，波士顿学院地球与环境科学教授、该校同位素地球化学中心创始人伊桑巴克斯特说，没有其他类似的火星陨石有12.7亿年的年龄。

一块罕见的陨石为了解火星打开了一扇窗口

发表在《地球化学与宇宙化学学报》上的这些研究结果，有助于科学家重建火星火山活动中一个了解甚少的时期，同时为火星内部部分区域保留了几乎可追溯至太阳系诞生时期的化学特征这一观点提供证据。

科学家不能直接前往火星的露头，随意带回他们想要的石头。

在航天器采集的样本返回地球之前，自然坠落的陨石是研究人员能够在地球实验室直接研究的仅有的一些火星物质来源。

这些岩石的旅程始于火星上的一次强烈撞击将碎片抛入太空。

其中一些最终穿过地球轨道，并在穿过大气层的坠落过程中幸存下来。

根据波士顿学院研究人员的说法，目前已确认的火星陨石约有400颗。

辉玻无球粒陨石是其中的主要类别，属于火山岩或侵入性火成岩，能够保存火星内部产生的岩浆相关线索。

美国国家航空航天局（NASA）也将辉玻无球粒陨石描述为已知火星陨石中数量最多的一类。

火星陨石记录中的空白期

但它们的年龄给科学家们带来了一个谜题。

几乎所有之前测定过年代的辉玻无球粒陨石都不到约6亿年。

下一批最古老的已鉴定样本可追溯至约24亿年前。

这就留下了一个约18亿年的间隔期，几乎没有辉玻无球粒陨石的记录。

其他名为斜方辉石橄无球粒陨石和紫苏辉石无球粒陨石的罕见火星陨石可以追溯到约13至14亿年前，但它们的化学成分截然不同。

NWA13441为科学家们带来了此前未曾拥有的样本：一块来自缺失时间区间中段的辉玻无球粒陨石。

伊桑巴克斯特，波士顿学院同位素地球化学中心创始人。

图片来源：波士顿学院

这种类型的火星陨石要么年龄不足6亿年，要么约为24亿年，波士顿学院博士生、主要作者迪伦M西尔说。

我们测定该样本的年龄为12.73亿年，这填补了一个约20亿年的空白——此前我们没有火星陨石样本可提供有关火星岩浆和火山活动的信息。

一个意想不到的同位素特征

仅仅是年代就足以让西北非洲13441号陨石显得不同寻常了。

它所含的同位素使其更加奇特。

该团队研究了钕，这是一种天然存在七种同位素形式的稀有元素。

同一元素的同位素所含中子数量不同，它们的相对丰度可以起到化学示踪剂的作用。

在行星岩石中，这些特征模式能够揭示有关岩浆形成物质的信息，以及该物质来源随时间的变化情况。

NWA13441的初始钕同位素组成本质上具有球粒陨石特征，这意味着它与球粒陨石所代表的原始物质相似。

球粒陨石是已知最原始的陨石之一。

它们的物质可以追溯到大约45.6亿年前太阳系的形成时期，并且没有经历过使行星内部物质发生转变的大规模熔化和地质过程。

火星内部深处的一个原始水库

据研究人员称，此前已知的其他谢戈特陨石都未显示出这种相同的初始钕特征。

因此，他们的同位素测量结果表明，形成NWA13441的岩浆源自火星内部一个此前未被采样的储层。

该团队在会议上对这项工作的描述指出，这是该时期火星地幔源广泛具有球粒陨石特征的首个直接证据。

这块陨石可能携带着火星形成极早期的化学记忆。

火星保存着地球已抹去的地质记录

这一发现凸显了火星和地球之间的一个根本差异。

地球的内部和地壳一直在不断地被改造。

板块构造运动在地质时间尺度上移动、破坏、熔化和循环利用地球的巨大部分，使得其早期历史的原始遗迹难以保存。

火星则走上了不同的演化路径。

它在太阳系形成初期迅速形成，且没有像地球那样的板块构造运动系统。

对火星地质的研究表明，这颗行星主要是在一个静止的外壳下演化的，这使得古老的化学储层和地质结构得以留存，其存在时间远远长于在地球上通常的情况。

这使得火星陨石不仅仅是另一个星球地壳的碎片。

有些火星陨石有可能充当地质时间胶囊，保存着数十亿年前就已开始的行星演化过程的证据。

一个火星地质时间胶囊

这块新发现的陨石似乎是一个极具价值的样本。

研究人员已发现证据表明，NWA13441的结晶过程始于火星地壳与地幔边界附近。

这块岩石是富含橄榄石的玄武岩，还带有强烈冲击的迹象，这与最终将火星岩石抛射到太空中的剧烈撞击过程相吻合。

NWA13441本身于2019年在阿尔及利亚被发现。

巴克斯特的团队从阿巴拉契亚州立大学的一位同事那里收到了一小份经过清理和碾碎的样本，以及一片安装在玻璃载玻片上的薄片。

当时，这块陨石尚未得到全面的特征分析。

揭开陨石的火星起源之谜

该团队与斯克里普斯海洋学研究所和英国开放大学的科学家合作，首先需要确定这块岩石确实来自火星。

然后，他们使用高精度同位素技术研究了它的年龄和化学成分。

研究结果在同一块小岩石中揭示了两项发现：一块来自火星历史上此前缺失时期的辉玻无球粒陨石，以及火星内部存在一个古老来源的证据，该来源未经历数十亿年的重大化学改造。

研究人员对NWA13441的研究尚未结束。

巴克斯特的实验室正在研究更多的同位素系统，以确定这块不寻常的陨石在火星的整体故事中处于什么位置，以及它隐藏的储层是否能揭示更多关于这颗行星早期演化的信息。

巴克斯特说：我们的目标是分析更多同位素系统，这将帮助我们更好地了解这个独特样本与火星早期其他火星陨石的关系。

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相关知识

火星是太阳系八大行星之一，属于类地行星。

它呈橘红色，表面布满沙丘、砾石，还有太阳系已知最大的火山——奥林匹斯山和最长的峡谷——水手峡谷。

其大气稀薄寒冷。

从古至今，人类对火星充满好奇，开展诸多探测活动探索其奥秘。

BY: Boston College

FY: AI

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