火星土壤——地外土壤的新疆界本文转自：中科院之声火星土

本文转自：中科院之声
火星土壤是火星壳与火星大气相互作用的关键带，记录了火星表面复杂的地质环境过程。火星土壤是研究火星演化历史、表面地质过程（风化、撞击、流水等作用）、就位资源利用、火星生命等的重要研究对象。火星土壤的性质也是火星就位/巡视探测和未来载人探火工程上需要考虑的关键因素之一。
火星土壤与探测
【火星土壤——地外土壤的新疆界】广义上来说，火星表面广泛存在，覆盖着基岩的细粒松散物质被行星科学家称为“火星土壤”（Martian soil）。但在过去近六十年的火星探测研究中，这些物质在不同的研究背景下，还有着许多不同的叫法，例如：风化层（regolith）、（风成或河流）沉积物（aeolian/fluvial deposit）、沉积物(sediment) ，尘埃（dust）或土壤（soil）。但整体上，它们都可以统称为“火星土壤” 。
通过一系列的火星着陆/巡视任务，我们已经对火星土壤的基本性质有了较好的了解，包括土壤颗粒特征、化学与矿物组成和物理与力学性质等。历史上，海盗1号（Viking Lander 1）、海盗2号（Viking Lander 2）、探路者号（Mars Pathfinder）、勇气号（Spirit）、机遇号（Opportunity）、凤凰号（Phoenix）都对各自着陆区的土壤开展了多种探测。
到了2012年的好奇号（Curiosity），美国火星车任务对土壤的关注度减弱，但新的探测数据仍然不断扩充着对火星土壤的认识。比如好奇号（Curiosity）科学团队通过对比静止沙丘（Rocknest aeolian deposit）和活动沙丘（Bagnold dune），获得了沙丘移动对表面物质特征的影响。
洞察号着陆器（InSight Lander）经过长期持续尝试，仍然无法把地温温度计按计划插入土壤深处，使人们意识到，纵然经过常年的探测积累，我们对火星土壤的特性仍未能完全掌握；未来向火星次表层或更深处的探测和采样，依然存在挑战。
中国祝融号火星车的着陆区存在许多从遥感上看起来浅色发亮的，有着几米至十几米波长的沙脊。这种特殊的沙脊被称为“横向沙脊”（transverse aeolian ridge; TAS），是在火星低重力低气压下形成的，在地球上很难找到对应物。祝融号正在开展的就位探测将为我们了解这类特殊沙脊的特征和演化路径提供新的启示。

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图1 火星着陆点观察到的土壤特征。（a）好奇号着陆点观察到的活动沙丘Bagnold dunes；（b）勇气号火星车失灵的车轮翻动出埋藏在表土下的高硅物质（白色）；（c）凤凰号用机械臂在火星北极土壤中挖掘出埋藏的水冰（白色和暗色），这些水冰源自大气向土壤的扩散；（d）好奇号在静止沙丘Rocknest挖掘采样进行分析，静止的沙丘表面是较粗的颗粒而内部是更细的颗粒（图源：NASA/JPL-Caltech/MSSS；NASA/JPL-Caltech/Cornell；NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Texas A&M University）
火星土壤的物质组成特征
火星土壤以玄武质为主，其中火成岩造岩矿物质量占比达80 ~ 85% ，主要包括橄榄石、辉石、斜长石、铁的氧化物等。土壤中还含有约占总量10 ~20%的蚀变矿物（又名次生矿物），主要包括层状硅酸盐、硫酸盐、碳酸盐、铁（氢）氧化物等。土壤中广泛存在造岩矿物中最易被化学风化的橄榄石，指示着火星土壤形成过程中，以物理风化（机械破碎）为主，化学风化（水蚀变）相对较弱。
好奇号火星车通过X射线衍射分析，发现火星土壤中普遍存在占比约40 ~ 60%的非晶组分，这些组分富铁，是挥发分（水、硫、碳、磷、卤素）的主要赋存形式。对非晶物质的进一步研究认为，这些非晶物质可能包含多种组分，例如玻璃质（火山玻璃或冲击玻璃）、硅铁石（hisingerite）或者二氧化硅和水铁矿（ferrihydrite）的混合物、非晶态硫酸盐（或者吸附硫酸根的铁氧化物）和纳米颗粒的铁（氢）氧化物。盐类还可进一步分为硫酸盐、碳酸盐、氯氧化物（高氯酸盐、氯酸盐）等形式。这些长期存在于火星土壤中的非晶物质，对火星表面的水和气候环境有着重要的指示意义。