火星的沉积岩记录保存了数十亿年前发生在这个星球上的地质学和潜在的天体生物学过程的信息。盖尔陨石坑形成于36亿年前，曾经是一个湖泊。轨道和好奇号探测显示，盖尔陨石坑的沉积岩垂直厚度可达几百米，这些沉积岩中含有大量粘土矿物——蒙脱石。蒙脱石族矿物是一类表面积大、负静电电荷高的粘土矿物，可吸附有机质，因此蒙脱石的存在有利于有机质在地质记录中保存。以前人们一般倾向于认为，陨石坑底部的蒙脱石形成后基本上没有遭受埋藏成岩作用的影响，会保留有机化合物，并原封不动地保存至今。
最近，好奇号火星车从Vera Rubin（VRR）山脊到Glen Torridon (GT)，对盖尔陨坑35亿年前沉积在湖泊中的岩层进行了探测（图1A），NASA的Bristow等研究人员基于好奇号钻取的同一时期沉积在相似环境中的古湖泥岩的数据，发现距离<400 m以内的同沉积岩层的矿物学存在显著的空间差异。钻孔样品结果显示，东南部GT区域的粘土矿物主要为富含Fe3+的二八面体蒙脱石，部分样品含Fe2+的蛇纹石-滑石混层矿物（S-T），粘土矿物的含量为26-34 wt%, 而西北部VRR区域的粘土矿物含量约为5-13 wt%，显著低于GT区域；相反，VRR区域的铁氧化物和铁氢氧化物的含量可达9-16wt%，而在GT区域则小于2 wt%。也就是说，同一时间沉积的同一套地层中的矿物组成，尤其是粘土矿物含量存在显著的差异。
图1 好奇号勘探的VRR和GT区域的矿物学、地球化学、地层和地貌概述（Bristow et al., 2021）
地球上蒙脱石的埋藏成岩变化，通常表现为蒙脱石转化为伊利石和绿泥石等其他矿物，然而，火星上并不存在此类变化。他们分析认为，部分样品中含Fe2+的蛇纹石-滑石混层矿物（S-T）可能来自于流域碎屑物质输入，而同一套地层中蒙脱石含量的差异可能受控于其他因素。在轨观测显示，与GT区域不同，VRR区域存在~400 m厚的上覆硫酸镁地层单元（图1B），其沉淀需要强烈的蒸发浓缩作用，并伴随着贫硅卤水的形成。Bristow等认为，VRR区域的沉积岩层曾被上覆含硫酸镁地层在沉积过程中产生的贫硅卤水所浸泡，导致最初沉积在湖泊沉积物中的富Fe3+蒙脱石和含Fe2+的S-T转化成了铁的氧化物、氢氧化物和蛋白石质二氧化硅，即卤水破坏了盖尔陨石坑沉积岩地层中的粘土矿物。这会导致它们失去原有的地质记录，甚至是生物记录。
以前人们一般倾向于认为，陨石坑底部的粘土矿物形成后会原封不动底保存至今。但事实上，由于硫酸盐沉积物广泛分布在火星全球范围内，Bristow等认为火星上广泛存在贫硅卤水驱动硅酸盐矿物发生变化的现象，而此现象在地球上却很少能观察到。由于火星上很多地方的粘土矿物曾经被含有大量盐分的水浸泡过，卤水会破坏粘土矿物的稳定性，破坏与有机分子的紧密联系，这可能会降低岩石记录的保存能力，导致岩石中的地质记录被彻底重置。同时，他们也指出，尽管卤水驱动的粘土矿物破坏使地质解释复杂化，但在这一过程中释放的水将起到负反馈作用，减缓行星干旱化的进程，并可能延长火星表面液态水的存在时间。
附：全文翻译
主要参考文献
Bristow T F, Grotzinger J P, Rampe E B, et al. Brine-driven destruction of clay minerals in Gale crater, Mars[J]. Science, 2021, 373(6551): 198-204.（原文链接）
（撰稿：张春霞/新生代室）
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