火星。一片遥无边际的暗红荒漠,映衬着这片大地的苍老颓态。它早早失去了自己的生机,地壳不再咆哮,火山也尽数熄灭。荒芜的土块得不到一滴水分的浸润、无尽的戈壁也望不到一丝渺茫的生机。永不停息的风尘呼啸着,卷起沙尘,在微弱的阳光下傀儡般舞动。这是一片荒凉的大地,却有一位旅者在缓缓前进。
好奇号的自拍照,摄于2019年5月12日 | NASA/JPL-Caltech/MSSS
它是人类的造物,好奇号,一辆火星车。它行进在未知大地的远端,寻找这片土地上失落的故事。
7月9日,它向故乡地球传回了一张照片。照片的主角很普通:一块大概与人肩膀差不多宽的石块,土黄色,上面布满了细密的纹层。这样的石块,放在地球上可能不会有谁多看一眼,可NASA的科学家对它格外兴致有加。
正是这样一个不起眼的石块,令他们看到了一汪远古的大湖,看到了当年粼粼的波光和跃动的水流;甚至有可能,在这样一片失落的乐土中,曾经孕育过古老的生命。
好奇号上的桅杆相机拍摄的火星沉积岩 | NASA/JPL-Caltech/MSSS
好奇号走进了“泥巴湾”
2011年,好奇号发射升空,它的着陆地为火星上的盖尔陨击坑(Gale Crator)。在这个陨坑中,有一片“粘土富集区”。顾名思义,该地带的地表中富含粘土矿物(在地球上,俗称泥巴)。近几个月,好奇号缓缓地行驶到了这儿。粘土地带的裸露岩石,为它提供了一个观察该区域地壳成分细节的绝佳机会。
7月9号、10号两天,好奇号用它的“双眼”(桅杆相机,Mastcam,主要用以巡视前景)和“手持相机”(火星手持透镜成像仪,MAHLI,Mars Hand Lens Imager,固定在好奇号机械手臂上上的相机,可以近距离选择低角度进行拍摄)给这块布满纹理的岩石拍了特写。根据人类在地球上进行地质学研究的经验,几乎可以肯定——这是一个巨大火星湖泊的遗迹。
好奇号“手持相机”拍摄的沉积层特写 | NASA/JPL-Caltech/MSSS
沉积岩——远古环境的史书
仅靠观察一块石头就能看出湖泊遗迹,首先是因为它是一块沉积岩,而沉积岩具有精确指示古环境的功能。
就像生物学家把地球上的万千生命归为“动物”、“植物”、“真菌”等多个门类一样,地质学家也会把地球上的岩石归为三个最大的纲目:火成岩沉积岩变质岩
由滚烫岩浆直接凝固形成的,是火成岩;由地表堆积的砂石杂物固结而成的,是沉积岩;当这两类岩石在地壳中埋藏足够久、以至发生了成分的变化,便形成了变质岩。
岩石不仅存在于地球,任何一个类地星球(如火星、金星、土卫六等),乃至不少小行星,也都由岩石构成,但多数是火成岩。沉积岩和变质岩则很难形成。
沉积岩是地表堆积物,如砾石、砂、粉、灰、泥等压实固结的产物。想让这些东西在一颗星球表面出现,离不开一个前提:即其表面必须有大气和水流,能对这颗星球表面的岩石进行长期的磨蚀、破坏。此外,它们还要承担搬运工的角色,把这些破碎的杂物堆积到一起,一点点埋藏,最终固结成岩。所以,沉积岩出现在一颗行星的表面,至少能够表明,在岩石形成的历史时期,这颗星球上有着大气和水流的作用。
那么,大气是怎么吹的?水流在地表又形成了什么?是源远流长的江河还是广袤无边的湖海?此时,沉积岩便会用它的堆积方式,用它堆积出的特殊纹理结构,用它的层厚与粒度等信息,忠实反映这一切。
地球上,这样的沉积岩并不罕见 | wikipedia
这种对应关系十分精确。科学家之所以认为,这次找到的火星岩石是一个古老湖泊的产物,便是因为这块岩石的沉积特征,只有放在湖泊特有的水动力参数里,才解释得通。
它由一层一层细腻的纹层平铺而成。一如树木的年轮在岁月里逐渐增加,地壳表层的沉积物也会随着时间的流逝,一层层地堆叠,最终形成连续的地层(Strata)。地层的厚薄、每一套纹层的沉积物粒度大小,所有诸如此类的这些参数,都与水流的能量有关。
当某层中沉积物颗粒很大时,表明搬运它们的水流能量很强(否则搬不动呀)。而以泥质为主的地层,往往是在平静的弱水动力条件下缓缓沉降而成的(水流弱到连砂子都带不动,只有悬浮的泥水缓缓沉降)。
除成分外,地层本身的纹理也会反映当时的水流条件——当水体特别安静、翻搅不起大风大浪时,岩石里便会留下细腻的水平纹层;而在巨浪频繁翻搅的环境,地层中则会留下巨大的相互交错的层理。
大型湖泊的中心往往有着一个重要特征:越靠湖中心,湖床底部的沉积环境越平静(因为深,水面的波浪波及不到),有利于沉积出细腻而均匀的纹层;而在湖岸、河流等其他地表水体区域,水浪的翻搅能量要么一直较强,要么时强时弱,不会像大湖中心一样沉淀出如此细腻而稳定的水平纹层。
找到一个古老的火星大湖已经足够刺激,可科学家还在期待更多。其实打一开始,将盖尔陨坑设置为着陆地点,就预示着好奇号此行必然身兼一个重要使命。无论往年它在岩石表面打钻研磨、还是今日它对大湖遗迹格外关注,不过都是最终主线上的一个个计划节点。这条主线,构成了人类对火星的终极之问——这里是否存在过生命。
而古老湖泊的遗迹,天然是探寻远古生命的最佳地带。
深邃而平静的大湖深处,从来都是生物埋藏沉积的优良环境 | wikipedia
深湖——化石的博物馆
至少地球上是这样。无论今日现存的大湖,还是亿万年前的湖相沉积物,无数个雄辩的实例表明:深湖或许不是生命活动最繁荣的地方,但绝对是生物死去之后,最理想的安眠地。
一个环境里要想有大量生物繁殖,前提是要有能够维持生存的优良条件。但生物大量繁殖的区域,不见得是有利于化石保存的区域。
对于水生生物来说,这些“生存的福地”往往水体清浅干净(透光、有助于光合作用,构成生态链的基础)、水流动荡(有助于提供“活水”和频繁输送溶氧、营养物质)。这些活的时候能“嗨翻天”乐园,并不是一个理想的埋骨地。富氧的水体、活跃的生态链、动荡的水流,无法让生物的遗体稳定赋存,更别说稳定埋藏数百万甚至数十亿年最终成为化石了。
生物要想埋藏下来,大概要满足这样的条件:环境足够安静(免遭水体侵蚀扰动)、化学反应不活泼(避免氧化)、尽快埋藏(避免环境转变、夜长梦多)。把这些因素都考虑在内,大型水域的沉降中心(比如大湖的湖心,大陆架的深水槽),往往是最良好的埋藏地点。看看地球上那些知名的化石地层就知道:从西南志留纪龙马溪组中那些结构细节丰富的笔石生物、到华北中生代热河生物群中栩栩如生甚至可以数毛的中华龙鸟,哪个不满足这样的埋藏条件。
在页岩、泥灰岩这类细腻的沉积岩里,往往蕴含着保存完整、细节丰富的化石。地球如此,火星是否亦如此?| fossilmuseum
这些道理,换到另一颗行星上也一样。只要火星上曾经出现(哪怕最原始的)生命,远古大湖的湖心便提供了最适合它们埋身的环境。一朝生存过,终会留下印迹。当微弱的阳光和湿润的地表都沉睡于历史,当短暂的黄金时代成为后世干枯荒凉的岩山,这个沉睡着的异星世界,也照样有重见天日的机会。
说不定,曾经存在过生命的证据,就藏在好奇号最近研究过的这块千层蛋糕般的石头里呢!
你瞧,黄沙漫漫的天外大地,一个没有生命的机器正在努力寻找生命存在的遗迹。这幅画面的冲击感,不亚于红色荒漠之于蔚蓝深海的鲜明对比,却或许恰恰是今日太阳系故事的最好注脚。
作者:溯鹰
编辑:Steed
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