火星早年拥有海洋

3 0年前，陨石猎人从南极冰场寻获了一块火星岩石。2 0 1 4年1 2月，来自加州大学圣地亚哥分校、美国航空航天局以及史密森学会的科学家对这块岩石的最新分析揭示出了数十亿年前的火星气候记录。他们报告了陨石内所含矿物质的详细检测数据，证据显示，在那一时期好像有水冲刷了火星表面，火星上曾经形成的生命可能就在那时出现了。

加州大学圣地亚哥分校的项目科学家，同时也是该报告的主要作者罗比娜·沙欣说：“陨石内的矿物质记录了火星古代的化学简况以及水和大气相互作用的概貌。”

这块1.3万年前坠入地球的不太可爱的石头看起来很像一颗土豆，有相当久远的历史。它是人类拥有的最古老的火星陨石，是4 0亿年前由火山喷发产生的一大块凝固岩浆，科学家把它标记为ALH8 4 0 0 1。从那时起，某种液体（很可能是水）渗过岩石内的孔隙并且沉积了一些含有碳酸盐和其他矿物质的小颗粒。

碳酸盐之间的细微差异取决于它们中碳原子和氧原子的来源。碳和氧都有较重和较轻的变种，又称为同位素。同位素的相对丰度形成的化学特征可以通过详细分析和精确测量来发现。

火星大气层的主要成分是二氧化碳，但也包含一些臭氧。2 5年前，加州大学圣地亚哥分校的化学教授马克·蒂门斯及其同事首次描述的物理化学现象表明，臭氧中氧同位素的平衡非常怪异，其中富含重同位素。

沙欣说：“当大气中的臭氧与二氧化碳发生化学反应时，臭氧把其同位素的怪异特性传递给了新的分子。”在德国海德堡大学读研究生时，她就研究了氧同位素的交换过程，在二氧化碳与水反应生成碳酸盐时，同位素的特征会继续保留。

碳酸盐中同位素的怪异程度反映了其形成过程中水和臭氧的存有量。这是一个被锁定在稳定矿物质中的3 9亿年前的气候记录。水越多，怪异的臭氧信号就越弱。

研究小组在陨石所含的碳酸盐中检测到了明显的臭氧信号，这表明尽管那一时期火星上有水，却不太可能存在浩瀚的海洋。不过，仍然可以证明早期的火星表面很可能存在面积较小的海洋。

“我们对同一样本中的碳同位素进行的同步测量还得到了新的发现，即陨石中不同的矿物质有各自独立的起源。”沙欣说，“这些矿物质向我们显示了火星大气中二氧化碳的化学组分以及同位素组分。”

虽然结构体的生物起源被摒弃，但一些科学家认为，陨石ALH8 4 0 0 1中含有碳酸盐小管是存在微生物生命的潜在证据。2 0 1 4年1 2月1 6日，美国航空航天局宣布了另一个由“好奇”号发现的火星生命以甲烷形式存在的潜在证据。                       生物通过吸食矿物质来构建自身的骨骼，因而沉积下了碳酸盐，但研究小组对矿物质的检测结果并非如此。沙欣说：“我们检测到的碳酸盐不是来自生物体，里面异常的氧同位素告诉我们，这是非生物的碳酸盐。”

通过利用多种方式对同位素进行检测，化学家发现碳酸盐中只含有微量碳-1 3，而氧-1 8含量丰富。也就是说，在火星大撞击时期，其大气中碳-1 3的含量要比现在少得多。

火星大气层的大量流失或许已造成了其碳、氧同位素的相对丰度的改变。一般而言，液态水在寒冷的星球表面流动需要较厚的大气层。“我们已经对太阳系中最早期的氧—水系统有了更加深刻而具体的认识。”蒂门斯说，“现在的问题是，地球和火星上什么时候开始有了水？火星上的水又到哪里去了？我们已经取得了很大的进步，但仍有许多未解之谜。”