恆河桌山
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| 位置 | 恆河峽谷 (水手谷) 科普剌塔斯區 |
|---|---|
| 坐標 | 7°12′S 48°48′W / 7.2°S 48.8°W |
| 名稱 | 古典反照率特徵[1] |
恆河桌山(Ganges Mensa)是一座位於火星水手谷外側支谷—恆河峽谷內的台地和內部層狀沉積物。該桌山高出恆河峽谷谷底4公里，幾乎與周圍的盧娜高原一樣高。同赫柏桌山一樣，該桌山也已與周圍峽谷崖壁完全分離，並受到持續的嚴重侵蝕，導致其覆蓋範圍出現縮退。
該桌山由分解為凹槽狀的易碎薄單元層組成，多數研究人員將其解釋為侵蝕性風成特徵，並稱之為雅丹地貌，其頂部覆蓋着一層起源於火山的更耐蝕冠岩。據了解，雖然桌山是通過火山活動和沉積作用的某種組合而形成，但與桌山有關的火山作用是發生在冰下（巨型冰岩蓋內），還是發生在水下（古湖泊內）仍存在爭議。支持冰下假說的人認為恆河桌山是一座平頂火山，與在俄羅斯圖瓦共和國阿扎斯高原所觀察到的類似物極其相似。
背景
[編輯]恆河桌山是一座坐落在水手大峽谷外側恆河峽谷深邃上游盆地中的平頂山，其範圍東西橫跨近100公里（60英里），南北延伸50公里（30英里），北面以一堵陡峭絕壁為界，南面則逐漸斜伸到谷底；恆河桌山峰頂與谷底落差4公里（13000英尺）[2]，剖面平均高出谷底2公里（6600英尺）[3] 。它和赫柏桌山是水手谷中唯一兩座高出周邊高原地形的桌山[4]。類似於赫柏、卡普里桌山以及在水手谷中觀察到的許多台地結構[5]，桌山北面與峽谷崖壁間被一段護城河般的谷底隔開。一些研究人員解釋說，恆河桌山覆蓋在恆河峽谷上游的混沌地形之上[4]。
該桌山周圍環繞着火星極地外最廣袤密集的沙丘海[6]，廣闊的沙質平原延伸至桌山南部，其間散布着丘崗平原和最大直徑20公里（12英里），往東逐漸縮小的更小桌山。該地區被解釋為是一處混沌地形或被覆蓋、侵蝕的火山殘體[7]。桌山北部護城河般的區域主要是恆河峽谷崖壁崩塌形成的滑坡地形，該地區的部分區域已被後來的沙丘覆蓋[7]。
研究人員還報告了在恆河峽谷谷底可觀察到的淺色丘堆中呈現出硫酸鹽特徵的證據，一些研究人員將這些地貌解釋為源自恆河桌山單元內含硫酸鹽岩層的侵蝕[8]。
恆河桌山坐落在火星科普剌塔斯區，中心坐標位於西半球赤道附近的南緯7.2度、西經48.8度處。1930年，希臘裔法國天文學家歐仁·米歇爾·安東尼亞第在他撰寫的《火星》（La Planéte Mars）手稿中，首次以古典反照率特徵名對它進行了命名。2006年，國際天文聯合會正式批准了恆河桌山這一名稱[1]。
地質
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研究人員已確定了桌山上由不同長度和分布形態的長條侵蝕凹槽（許多研究人員解釋為雅丹地貌[2][5]，可能是歷史上地下水侵蝕[3]的結果）以及不同反照率特徵[2]明確劃分的兩層[10]、三層[3]、四層[7]或五層[2]的地層單元。雅丹地貌是被風向穩定的風從基岩上切割出的細長線性地貌群，一行行覆蓋在巨大的桌山表面，這些地貌通常有數百米長和數十米高，但在恆河桌山北面觀察到的地貌變化更大，而更陡峭的桌山西南側，則分布有最清晰的雅丹地貌，表明桌山這一部分的區域風蝕最嚴重[11]。根據對地層中觀察到存在角度整合現象的具體解釋，這些單元形成於至少兩次沉積事件中，其間至少夾雜着一次[2]或可能兩次[3]延長的侵蝕期。
恆河桌山1900米（6200英尺）以上高度[10]的基本地層單元顯示出多水硫酸鹽的光譜特徵，如水鎂礬。這些硫酸鹽特徵的分布在水手大峽谷的其他地方並不一致[12]，但存在於厄俄斯和卡普里峽谷中，尤其是南面的卡普里桌山[10]。其中一些單元是被部分研究人員解釋為深色風積（風成）物前積層[9]，這些深色地層缺乏普通輝石、橄欖石或鐵氧化物（如赤鐵礦）[10]等鎂鐵質礦物的光譜特徵。相對於凹槽地形，已觀察到這些厚而易碎的沉積層傾斜15至25度，最大厚度可達1公里（3000英尺）。
它們被一層認為起源於火山的高耐蝕性冠岩覆蓋，但由於下方疏鬆岩石的侵蝕而受到破壞[9]。恆河桌山的冠岩並未顯示出這種傾斜，而是水平疊加在這些沉積層之上[5]，這些沉積層的年代暫定為亞馬遜紀中晚期，同時還形成了一些流入到克律塞平原的溢出河道[10]。沉積層冠岩上的深色穹丘和山脊在歷史上與火山活動有關[3]，但最近認為是該冠蓋層的侵入性供給源[11]。由於恆河桌山易受侵蝕和坍塌，其範圍可能曾比現在所看到的要廣闊得多。桌山以東10公里（6英里）處一座翻攪出的撞擊坑裙坡似乎橫切了一處被認為是桌山現已掩埋部分的構造。在桌山上已明顯觀察到這些脆弱地層單元（最明顯的是桌山南側下兩處滑坡區中）大規模的塊體崩塌[3]。
研究人員將上述觀察到的岩層稱為內部層狀沉積物，這對關注火星上過去生命可能性的研究人員具有相當大的吸引力，因為光譜推斷存在水鎂礬，一種多水合硫酸鎂礦物。這種礦物僅在酸性水環境中才能大量形成，這表明發現這些物質的地區曾長期存在過液態水。恆河桌山是水手大峽谷中發現此類岩層的最西端區域[10]。在地球環境中，多水合硫酸鹽幾乎總是與赤鐵礦（一種已知在中性水環境中成岩的氧化鐵礦物）一起出現，但在恆河桌山的水鎂礬中並未發現赤鐵礦的光譜特徵。研究人員推測，恆河桌山的赤鐵礦已經風化，不再大量存在於內部層狀沉積物中，但在下游其它地方的內部層狀沉積物中發現了赤鐵礦，這表明包括恆河桌山在內的水手谷水環境在赫斯珀里亞紀晚期和亞馬遜紀早期其酸性已變得越來越低[10]。
形成機制解釋
[編輯]冰下火山活動假說
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恆河桌山區和水手谷中其他內部層狀沉積物與圖瓦共和國（俄羅斯聯邦主體）靠近貝加爾湖和蒙古邊境地區的阿扎斯高原有着強烈的相似性。阿扎斯高原火山區被認為是由冰下火山活動所形成，因此，該機制被相應用來解釋恆河桌山的地貌，類比為地球上的平頂火山[5]。一些研究人員提出，恆河桌山可能是一個極其侵蝕的事例[13]。歷史上，其他研究人員還曾提出恆河桌山的現代形態是一種沉積作用，而非侵蝕作用。形成恆河桌山的火山活動可能發生在由冰組成的巨大冰核丘狀岩蓋中，或者發生在恆河峽谷內一座完全凍結的湖泊中[4]。
冰下火山活動起源說的支持者指出，恆河桌山水平狀的冠蓋層在形態上與阿扎斯高原平頂火山上看到的蓋層一致[5]。在恆河桌山冠蓋層上觀察到的各種穹丘和弓形脊[3]，導致一些人推測，這些可能的火山地貌實際上是岩漿岩脈、火山噴口或可能侵入了冠蓋下方沉積層的殘存火山頸證據[5]。
恆河桌山冠蓋下方厚而易碎的地層單元中存在大量可能與玻質碎屑岩密切相關的薄層，玻質碎屑岩是熔岩直接噴發到水或冰中，經淬火而成的火山角礫岩。這些玻質碎屑岩相被比為冰島平頂火山的岩相[5]。其他研究者也提出，就如在一些冰島平頂火山中看到的那樣，這些層狀地形可能由鎂鐵質熔岩流與橙玄玻璃構成的凝灰岩交替組成[4]。
然而，研究人員注意到，包括恆河桌山在內所研究的水手谷桌山周圍是一片浩瀚的沙丘海，這在地球平頂火山附近從未被觀察到[5]。就桌山本身而言，前積層是地球平頂火山的典型特徵，但在恆河桌山內觀察到的傾斜層理，卻較不列顛哥倫比亞省平頂火山中所觀察到的要陡峭得多[9]。
水下火山活動假說
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恆河桌山水下形成假說認為，該桌山的形成緣於一座持續數千米深的古湖泊下，是火山和沉積因素共同作用的結果[5]。這一假說的支持者傾向於用低能量的沉積作用而非冰下火山假說來解釋桌山的形成，提出是在赫斯珀里亞紀期間所沉積的基底富含硫酸鹽的內部層狀沉積物，當時環克律塞的溢出河道正在形成[10]。
如果它們是濁積岩，水下形成說則可以解釋恆河桌山岩壁內易碎的薄沉積層，但由於沉積顆粒的成分和與源頭的距離可能不同，因此不一定能觀察到陸相濁積岩傳統的鮑馬序列特徵[5]。
對恆河桌山這一假說的批評者指出，大峽谷中似乎沒有任何障礙可將假設的古湖限定在通常作為水源的溢出河道下游（例如恆河峽谷如何通往克律塞平原高地)，以及在恆河桌山或水手谷的任何其他桌山上，也沒有觀察到可能對應於古湖岸線的階坡地貌。更廣泛地看，赫柏桌山也高出赫柏峽谷邊緣，這對峽谷桌山更普遍的形成機制產生了影響，而這一切不太可能用湖泊機制來解釋。 但完全有可能的是，地表重塑可能消除所有此類古岸線的痕跡，並且恆河峽谷的幾何形狀在過去可能已不同到足以支持一座深古湖的存在[5]。
觀測史
[編輯]二十世紀
[編輯]1987年，聖何塞州立大學的蘇珊·內德爾（Susan S.Nedell）、大衛·安德森（David W.Andersen）以及美國宇航局艾姆斯研究中心的史蒂夫·斯奎爾斯報告了水手谷中存在內部層狀沉積物，首次提供了對海盜號照片中有關河谷系統內地貌的結構、地層、分布及組成的詳細觀察。他們尤為關注坎多耳峽谷的沉積物，並作了一些區域性的概括。內德爾與合著者就這些沉積物的成因提出了初步假設。研究人員得出結論，最可能的形成機制一般為湖泊而非風成或火山爆發。她們還發現，層狀沉積物與構成谷的物質並不相同，但她們也注意到，在沉積成因情況下，一些谷壁滑坡物質將不可避免地會併入到這些層狀沉積物中。值得注意的是，內德爾及其同事並未明確肯定或否定這些沉積物的火山成因，無法確認包括恆河桌山在內的所有層狀沉積物都沒有與之有關的火山口。然而，她們還指出，一些火山和/或殘餘中心結構的存在，可能解釋了這些層狀沉積物的規模為何遠超湖泊環境中通常所預計的沉積碎屑量[14]。
1990年，亞利桑那大學的小松吾郎（Goro Komatsu）和羅伯特·斯特羅姆（Robert G.Strom）向第21屆月球和行星科學會議提交了一份摘要，論述了最近對可能存在火山侵入桌山層狀地形的地質觀測。在此，小松和斯特羅姆支持恆河桌山的湖泊（湖泊沉積）起源假說[3]。
1993年，亞利桑那大學的小松吾郎、保羅·蓋斯勒（Paul E. Geissler）、羅伯特·斯特羅姆和羅伯特·辛格（Robert B. Singer）共同發表了一項對水手谷層狀沉積物的考察研究，詳盡闡述了在上次月球和行星科學會議上所論述的研究[15]。
1994年，美國地質調查局的貝貝爾·盧奇塔（Baerbel K.Lucchitta）、南希·伊斯貝爾（Nancy K.Isbell）和安妮·霍明頓·克勞斯（Annie Howington Kraus）報告了水手谷地貌圖與數字地面模型的對應關係，提出了對河谷系統地質年代的見解。研究人員認為，內部層狀沉積物（如恆河桌山）不太可能起源於湖泊，因為鑑於峽谷系統的開放性，湖泊水位無法維持在沉積如此大特徵所需的深度，儘管他們承認大峽谷系統的幾何結構可能已有不同，且不同的裂谷可能是分離或孤立的盆地。但盧奇塔和她的同事們指出，並沒有表明恆河峽谷被攔擋的證據，因此不太可能提出湖源假說。她們首先提出了恆河桌山可能是一座平頂火山，一座由噴發形成的巨大冰核丘狀冰岩蓋或淺凍湖的假設[4]。
二十一世紀初
[編輯]2000年，南達科他礦業及理工學院在月球與行星研究所的實習生詹妮弗·瓦戈納（Jennifer A. Waggoner）[16]和月球和行星研究所的艾倫·特雷曼（Allan H. Treiman）利用海盜號照片繪製了恆河桌山地質圖，並將其細分為四種以印度四條恆河支流（根德格、布拉馬普特拉、提斯塔、亞穆納)命名的單元，水手9號數據則被用於創建層狀沉積物的立體圖像。瓦戈納向第31屆月球和行星科學會議提交了一份摘要，報告了她的研究結果。鑑於這些火星軌道器相機立體圖像的使用，研究人員無法確認小松吾郎早在1993年所提出的存在角度不整合的情況[7]。
2002年，斯基德莫爾大學在月球與行星研究所實習的梅雷迪斯·希比（Meredith A. Higbie）[16]與月球和行星研究所的羅伯特·赫里克（Robert R. Herrick）和艾倫·特雷曼一起，向第33屆月球和行星科學會議提交了一份摘要，敘述了之前根據水手9號和海盜號在恆河桌山記錄到的數據所進行的地質測繪和描述內部層狀沉積物(ILDs)特徵的研究。希比和她的同事應用火星軌道器激光高度計和火星軌道器相機數據，詳細闡述了瓦戈納的早期研究，並按年代順序將桌山結構劃分為五種地層單元（自下而上為根德格、布拉馬普特拉、提斯塔、亞穆納和戈默蒂河）[2]。
2004年，小松吾郎和意大利基耶蒂-佩斯卡拉大學的吉安·加布里埃爾·奧里（ Gian Gabriele Ori）、羅馬第二大學保羅·恰爾切魯蒂（Paolo Ciarcelluti）以及俄羅斯科學院的尤里·利塔索夫（Yury D.Litasov）首次將水手谷中內部層狀沉積地形的桌山與圖瓦（俄羅斯東部的聯邦主體）阿扎斯高原的冰下火山特徵進行了比較，研究人員特別將水手谷中作為桌山存在的內部層狀沉積描述為很可能與地球上的平頂火山類似[5]。這種見解促使羅斯·拜爾和阿爾弗雷德·麥克尤恩後來研究了這一假說，尤其是在恆河桌山背景下[13]。
2004年，亞利桑那大學的羅斯·拜爾（Ross A. Beyer）在導師阿爾弗雷德·麥克尤恩（Alfred McEwen）的指導下發表了博士論文。在其他研究課題中，拜爾評估了恆河和赫柏桌山地層的傾斜度，在他2005年的出版物中報告了這項調查的細節[17]。
2005年，亞利桑那大學的羅斯·拜爾和阿爾弗雷德·麥克尤恩利用火星軌道器激光高度計和火星軌道器相機數據嘗試辨別恆河和赫柏桌山岩層中可見的黑色風成物質的傾斜度。這些地層最初被認為是基岩，但後來被懷疑類似於通常在地球平頂火山（從冰川下噴發的火山結構）中常見到的前積層，其角度通常在35度左右。傾角檢測被認為是可能的，因為在恆河桌山南部所看到的這些地層的地形都呈凹槽狀，允許對這些地層的傾斜面方向進行三維測量。兩位研究者向第36屆月球和行星科學會議提交了一份論述其研究的摘要，報告稱恆河和赫柏桌山的這些前積層傾角太淺，無法與地球上相對應的前積層相比。恆河和赫柏桌山的形狀也不是地球上平頂火山的特徵，但「可能」代表了地球平頂火山如果也經歷了非常嚴重的侵蝕後，可能會呈現的樣子[13]。
同年，羅斯·拜爾（現為美國航空航天局艾姆斯研究中心的成員）在出席美國地球物理聯盟秋季會議時提交了一份報告摘要，闡述了應用更高分辨率的紅外熱輻射成像系統數據對恆河桌山構造地層的研究。拜爾更強烈（但不是決定性地）支持恆河桌山的形成方式類似於地球平頂火山這一假設，其依據是存在極易破碎、精細分層的風成碎屑與更耐侵蝕的火山物質[9]。
2000年末至現今
[編輯]2006年，羅斯·拜爾（美國宇航局艾姆斯研究中心）向第37屆月球和行星科學會議提交了一份摘要，詳細描述了對恆河桌山表面風成地貌的研究。拜爾還調查了桌山東部邊緣附近的一座隕石坑，該隕坑似乎提供了掩埋後又被翻攪出的證據。隕坑露出的部分疊壓在桌山一側的坡腳上，為恆河桌山曾經是一片更廣泛地貌，此後被嚴重風化的假設提供了重要的證據[11]。
拜爾還在當年向美國地球物理聯盟會議提交了一份報告，通過利用光學與紅外礦物光譜儀數據所記錄的含硫酸鹽桌山層和恆河峽谷中淺色沉積堆之間相似的水鎂礬特徵信號，揭示了二者間的關係[8]。
2008年，田納西大學的馬修·喬納基（Matthew Chojnacki）和傑弗里·莫爾森（Jeffrey E.Moersch）在美國地球物理聯盟秋季會議上展出了一張海報，報告了他們利用從中到高分辨率的熱輻射成像系統、背景相機和高分辨率成像科學設備數據對水手谷沙漠的研究。在其他結果中，作者斷言，恆河桌山周圍的恆河峽谷是水手谷內（包括火星極地外最大沙漠）沙丘分布最密集的區域[6]。
2008年，德國航空航天中心(DLR)的瑪麗安·索維（Mariam Sowe）、恩斯特·豪伯（Ernst Hauber）和拉爾夫·喬曼（Ralf Jaumann）和美國布朗大學的約翰‧馬斯塔（John F. Mustard）、利亞·羅奇（Leah H.Roach）以及柏林自由大學的格哈德·紐庫姆（Gerhard Neukum）向歐洲行星科學大會提交了一份摘要，報告使用緊湊型火星偵察成像光譜儀（光譜）、熱輻射成像系統（晝夜熱物理性）和高分辨率立體相機（高程）數據對恆河桌山內部層狀沉積物構成的分析結果。研究人員在恆河桌山上發現了支持鹽湖成因的光譜特徵，這主要是因為可能多水硫酸鹽如水鎂礬的存在。這些硫酸鹽特徵只在索維及其同事所確定的上段單元上被觀察到[12]。
2011年，瑪麗安·索維、格哈德·紐庫姆和拉爾夫·喬曼發表了一份整個水手谷內以及克律塞平原中內部層狀沉積物的對比研究。恆河桌山是觀察和研究水手大峽谷中這些內部層狀沉積物的兩個主要地點（另一處為厄俄斯峽谷）之一，其它的研究地點位於東北部下游。出版物中繪製了包括恆河桌山和厄俄斯峽谷在內的區域截面圖，並在其中論述了內部層狀沉積物特定的形成機制[10]。
2017年，布林莫爾學院的塞爾比·卡爾-赫爾斯（Selby Cull Hearth和）和卡羅琳·克拉克（M.Caroline Clark）利用緊湊型火星偵察成像光譜儀數據對恆河峽谷的礦物進行了全面調查。作者重申，桌山較低水平層是一水硫酸鹽和氧化鐵的混合物。恆河桌山上擁有這些光譜特徵的沉積物往往與周圍地形形成更暗的對比，它們通常出現在更鬆散的沉積物中（包括周圍谷底的沙丘）。研究人員在桌山中央山體上觀察到了與恆河桌山崖底邊界呈線性關係的橄欖石特徵[18]。但在2018年，阿塔卡馬大學的喬瓦尼·萊昂內（Giovanni Leone）發表了對該論文的直接反駁，指出卡爾-赫爾斯和克拉克的研究是圍繞恆河桌山和恆河峽谷的水合礦物需要水才能形成的假設而展開。萊昂內引用了各種文章，提出了最初合著者並未提及或反駁的替代解釋[19]。
參考文獻
[編輯]
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