阿塔卡馬沙漠:地球上的「火星」

中科院地質地球所 發佈 2022-05-22T22:34:14.666996+00:00

火星在古人眼中是一顆非常神秘的星球,我國古代稱其為「熒惑」,認為天象「熒惑守心」預示著不祥的發生。西方國家將火星的紅色視為鮮血的象徵,故以希臘神話中的戰神瑪爾斯(Mars)為其命名。

火星在古人眼中是一顆非常神秘的星球,我國古代稱其為「熒惑」,認為天象「熒惑守心」預示著不祥的發生。西方國家將火星的紅色視為鮮血的象徵,故以希臘神話中的戰神瑪爾斯(Mars)為其命名。

現在,這顆地球的「兄弟」行星成為人們心馳神往的地方,火星是否可能存在(過)生命是全人類都關注的重大問題。隨著現代科學技術的發展,從20世紀60年代開始,人類陸續實施了51次火星探測任務,直至2021年的中國「天問一號」和美國「毅力號」。這些探測任務無疑是開展火星宜居環境演化和生命探測研究最直接的手段。

此外,地球上存在許多可以類比火星過去或現在的環境、地質、礦物等條件的區域,稱為類火星地區。南美洲智利北部的「干極」阿塔卡馬沙漠因為具有極度乾旱、高輻射、高鹽度等環境特徵,被認為是地球上非常典型的一處類火星環境[1]。2004年的英國科幻紀錄片《星際漫遊》中的火星場景就是在此處拍攝。

圖1 火星與南美洲的阿塔卡馬沙漠(圖中與火星重合部分)[2]

阿塔卡馬沙漠縱貫南美洲西部,其乾旱區位於南緯20度到30度約1000公里的廣闊空間之中。儘管阿塔卡馬沙漠與太平洋相鄰,但由於被西部高海拔海岸山脈和東部安第斯山脈所隔擋,形成了一種「三明治」結構,導致東、西部來源的濕氣無法進入中心地區。同時,智利西海岸由於太平洋反氣旋和秘魯寒流產生的逆溫現象[3]而導致降雨稀少。上述過程持續了幾千萬年甚至上億年,使得該地區的乾旱度逐漸積累形成了現在的沙漠區域[4,5]。阿塔卡馬沙漠不僅可以類比現代火星的表面環境,而且其從濕潤到乾旱的地質演化過程也可以類比火星約30億年前從濕潤的西方紀過渡到乾燥的亞馬遜紀的過程。

圖2 阿塔卡馬沙漠中的月亮谷[6]

阿塔卡馬沙漠年降雨量低於20毫米,海拔跨度從幾百米上升到約5000米,儘管其不如絕大多數沙漠那麼炎熱,但晝夜溫度變化可從22°C降至-2°C。由於雲霧難以跨越綿延的山脈,濕氣聚集在海拔較高的山體部位,使該區域出現海拔越高濕度越高的獨特現象,這種南美洲特有的濕潤霧氣被稱為「濃濕霧」。

圖3 高海拔地區的濃濕霧[7]

阿塔卡馬沙漠位於海岸山脈和安第斯山脈的中間凹陷地區,幾乎沒有雲層的遮掩,因此接收到的紫外線劑量很高,其中可以造成人皮膚曬傷的紫外B波段是比非洲北部沙漠的要高1.4倍[8]。強紫外輻射誘導大氣中的臭氧和氮氣或氯化物反應,產生強氧化性的硝酸鹽或高氯酸鹽,這些鹽類隨著大氣沉降在阿塔卡馬沙漠的地表並逐漸積累,加之沙漠中降雨稀缺,所以大量的硝酸鹽和高氯酸鹽可以富集在阿塔卡馬沙漠的地表[9]

圖4 阿塔卡馬沙漠中的平坦地區[10]

阿塔卡馬沙漠北部的核心乾旱區是一望無際的淡黃色沙土,是絕大多數生命的夢魘。沙漠南部稍濕潤的地區在春季偶爾發生的少量降雨之後可以出現沙漠開花的現象,堪稱絕景,該地區常見的植物包括鹽草、百里香和緊密小鷹芹等。有科學家推測,早期火星從濕潤環境過渡到極度乾旱的現代環境過程中,這種現象可能也曾出現。

圖5 阿塔卡馬沙漠南部開花現象的絕景[11]

廣袤的阿塔卡馬沙漠空氣乾燥、清澈少雲、遠離城市,幾乎沒有光污染和無線電干擾,是絕佳的天文觀測地區。美國、加拿大、德國、英國、法國、日本等都在此處的高海拔地區建造了天文台和望遠鏡,如著名的阿塔卡馬大型毫米-亞毫米波射電天文望遠鏡陣列(ALMA)[12]。夜晚的阿塔卡馬繁星滿天,成千上萬的星星清晰可見,甚是浪漫。

圖6 智利ALMA望遠鏡觀測銀河系[13]

阿塔卡馬沙漠是許多火星探測任務的載荷和設備測試地區,美國NASA的「海盜號」和「鳳凰號」等試驗也在阿塔卡馬沙漠進行了地面重複研究,該區域還是NASA「地球-火星洞穴探測計劃」的一個重要選址。

阿塔卡馬沙漠作為地球上一個非常典型的類火星環境提升了人類對火星的認知。

參考文獻

1.Navarro-Gonzalez, R.; Rainey, F.A.; Molina, P.; Bagaley, D.R.; Hollen, B.J.; de la Rosa, J.; Small, A.M.; Quinn, R.C.; Grunthaner, F.J.; Caceres, L.; et al. Mars-like soils in the Atacama Desert, Chile, and the dry limit of microbial life. Science 2003, 302, 1018-1021, doi:10.1126/science.1089143.

2.Adam, B. Warning! Mars is close to Earth! Available online: https://voonze.com/warning-mars-is-close-to-earth/. 2020 (accessed on 4/12/2022).

3.McKay, C.P.; Friedmann, E.I.; Gomez-Silva, B.; Caceres-Villanueva, L.; Andersen, D.T.; Landheim, R. Temperature and moisture conditions for life in the extreme arid region of the Atacama Desert: Four years of observations including the El Nino of 1997-1998. Astrobiology 2003, 3, 393-406, doi:10.1089/153110703769016460.

4.Hartley, A.J.; Chong, G.; Houston, J.; Mather, A.E. 150 million years of climatic stability: evidence from the Atacama Desert, northern Chile. J Geol Soc London 2005, 162, 421-424, doi:10.1144/0016-764904-071.

5.Sun, T.; Bao, H.M.; Reich, M.; Hemming, S.R. More than ten million years of hyper-aridity recorded in the Atacama Gravels. Geochim Cosmochim Ac 2018, 227, 123-132, doi:10.1016/j.gca.2018.02.021.

6.Zootalures. Valle de la luna san pedro chile. Available online: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Valle_de_la_luna_san_pedro_chile.jpg. 2004 (accessed on 4/12/2022).

7.García, R. Las reservas de agua del desierto de Atacama están llegando a su límite. Available online: http://www.cda.uc.cl/en/las-reservas-de-agua-del-desierto-de-atacama-estan-llegando-a-su-limite/. 2016 (accessed on 4/12/2022).

8.Cordero, R.R.; Damiani, A.; Jorquera, J.; Sepulveda, E.; Caballero, M.; Fernandez, S.; Feron, S.; Llanillo, P.J.; Carrasco, J.; Laroze, D.; et al. Ultraviolet radiation in the Atacama Desert. Antonie Van Leeuwenhoek 2018, 111, 1301-1313, doi:10.1007/s10482-018-1075-z.

9.Jackson, W.A.; Bohlke, J.K.; Andraski, B.J.; Fahlquist, L.; Bexfield, L.; Eckardt, F.D.; Gates, J.B.; Davila, A.F.; McKay, C.P.; Rao, B.; et al. Global patterns and environmental controls of perchlorate and nitrate co-occurrence in arid and semi-arid environments. Geochim Cosmochim Ac 2015, 164, 502-522, doi:10.1016/j.gca.2015.05.016.

10.Leman, J. What's So Special About the Atacama Desert? Available online: https://www.livescience.com/64752-atacama-desert.html. 2019 (accessed on 4/12/2022).

11.Mardones, J.A. Desierto florido 2010. Available online: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Desierto_florido_2010.jpg. 2010 (accessed on 4/12/2022).

12.Brown, R.L.; Wild, W.; Cunningham, C. ALMA - the Atacama large millimeter array. Astronomy at Ir/Submm and the Microwave Backgound 2004, 34, 555-559, doi:10.1016/j.asr.2003.03.028.

13.Panons, C. Starry Night Landscape Chile Atacama Desert Alma Observatory Galaxy Technology Space Wallpaper. Available online: https://www.walldevil.co/starry-night-landscape-chile-atacama-desert-alma-observatory-galaxy-technology-space-53375/. 2019 (accessed on 4/12/2022).

撰稿人 | 申建勛,林巍

美編 | 王皖豫

校對 | 張騰飛 姜雪蛟

關鍵字:

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2021-06-26T06:09:23.509521+00:00

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