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通过建模和来自火星探测器、漫游车和陨石的数据，加州理工学院的研究人员发现，红色星球最早数量的水的广泛范围--30%至99%--可能是通过一种被称为地壳水化的地质过程从表面消失的，水被锁在火星的岩石中。
火星干涸的湖床和岩层说明了其在30多亿年前是一个由液体塑造的世界。多年来，科学家们认为这些水大部分都向外逃到了太空中，使这颗星球处于目前非常干燥的状态。
但这需要时间。而水可能逃出大气层的速度，配上火星表面曾经存在的预测水量，与现代对火星的观测结果并不十分吻合。“如果这种情况在过去40亿年中持续存在，那么它只能解释一小部分水的流失，”该研究的共同作者之一胡仁宇说。这给研究人员留下了一个关键问题：火星上其他的水究竟去了哪里？
由加州理工学院研究行星表面过程的地质学研究生Eva Scheller领导的这项研究或许能提供一个答案。研究发现，大部分水的流失发生在37亿至41亿年前的火星诺亚纪时期。在那段时间里，火星上的水除了逃出星球大气层外，还可能与星球地壳中的矿物质相互作用和融合--锁住了大约相当于一半大西洋的水。
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“我们的团队在研究早期就意识到的一件事是，我们需要关注过去10到15年火星探索的证据，我们对火星地壳的发现，特别是火星地壳中水的性质，”该研究的合著者、加州理工学院地质和行星科学教授Bethany Ehlmann说。
水可以通过一种称为化学风化的过程分解岩石，有时会导致矿物变得水合。水合矿物会吸收并储存水分，将其锁住。例如，一种在火星上自然发现的水溶性矿物石膏，除非在高于华氏212度的温度下加热，否则可以保持其水分。
多年来，科学家们一直在观察火星表面含水矿物的分布情况，这要归功于美国宇航局（NASA）的火星勘测轨道飞行器等航天器，该航天器自2006年以来一直在绘制火星的地质和气候图。但仅靠这些观点有时是有限的。“你必须挥动双手，推断出你在表面看到的那层有多厚，”NASA火星探测计划的首席科学家Michael Meyer说。
“只有通过用你的漫游车或着陆器在表面的特定地方进行测量，比如凤凰号，或者你偶尔看到一个新的撞击坑，你才会知道你所看到的水合矿物在这个星球上的特定地点有多厚，”他说。“所以答案是存在的，但随着时间的推移，它们会随着你获得更多的数据而慢慢建立起来。”
这就是导致研究结果的原因，即火星的古代水可能已经向内逃逸，而不是向外逃逸。“我们想在不同的尺度上理解这一点，”Scheller说。
地壳水化发生在地球上，但我们活跃的板块构造系统在地球深处回收岩石，加热岩石并在此过程中释放水。内华达拉斯维加斯大学的行星地球化学家Christopher Adcock说，这些水通过火山活动被送回地面。
另一方面，火星的地质活动不如地球，这可以解释为什么它的表面只有有限的水。火星上最清晰的水的证据是以冰的形式存在于该星球两极和大气层中的极少量水。科学家已经研究了月球、火星和其他行星体上的水合岩石，将其作为未来宇航员任务的潜在饮用水来源，或者可以为栖息地和火箭提供动力的燃料。
Adcock的研究包括人类如何在火星上合成和利用矿物质作为饮用水和火箭燃料，他说，Scheller团队的研究结果并不能完全改变资源利用的游戏规则，“但这无疑是一个令人鼓舞的提醒，当我们到达火星时，人类长期执行火星任务所需的水可能就在我们脚下。”
上个月，NASA的“毅力号”探测器降落在火星的杰泽罗陨石坑上，这里是一个干涸的湖床，其土壤可能蕴藏着最原始的水合矿物质--以及微生物生命化石的证据。“毅力号”将挖出微小的土壤样本，并将其散布在火山口的表面，供未来的漫游车取回。这为研究人员提供了一个诱人的机会。
“来自杰泽罗陨石坑的样本将帮助我们测试这个模型，”Ehlmann说。“这放大了将这些样本带回来的重要性。”
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