火星土壤——地外土壤的新疆界( 二 ) 本文转自：中科院之声火星土

总体而言，火星表层土壤的粒径从几微米到几毫米都有分布，主要由砂粒级大小的颗粒物质组成，粒径一般在60 ~ 200 μm范围内，也含有一些厘米级的岩石碎屑。火星土壤的化学组分主要由硅（Si）、铁（Fe）、铝（Al）、镁（Mg）、钙（Ca）等元素组成。不同着陆点土壤主量元素上成分基本相似，仅有某些元素可能由于当地基岩的突出贡献而出现区别。2（45.41%）， FeOT（16.73%）， Al23（9.71%）， MgO（8.35%）， CaO（6.37%）， Na2O（2.73%）， K2O（0.44%）， P25（0.83%）， TiO2（0.90%）， Cr233（6.16%）， Cl（0.68%）。
火星土壤表层还沉淀了薄薄一层黏土级颗粒的尘埃层，平均粒径约为2 ~ 4μm ，具有较高的反射率，是火星土壤的一个重要组成部分。尘埃颗粒在火星全球尘暴的作用下充分混合，具有比火星土壤更为均一的化学组成。火星尘埃几乎随处可见，覆盖在岩石、土壤表层，是挥发分的主要载体，富含硫（S）和氯（Cl）。
火星土壤独特的化学活性火星土壤另一个显著的特征是表土层普遍存在化学活性。早在海盗号时代，火星土壤中存在活性氧物质（ROS）的假说就开始被提出。这些可能源自电化学作用和紫外辐照的活性物质，例如过氧化氢（H22）和超氧化物等，可能是海盗号生命实验中没有探测到生命物质的潜在原因。通过凤凰号和好奇号的探测，人们进一步认识到，火星表面还普遍存在氯氧化物及一系列的相关自由基，这些物质可能通过光化学、尘暴或宇宙射线等作用产生。与地球的沙漠区相比，火星表面的水活动更少，大气和磁场对辐射的保护也更少，这使得火星成为一个地表土壤ROS不断积累的极端案例。这些普遍存在土壤中的化学活性物质，一旦与有机物和水接触，可以很快地氧化和分解有机物，这使得火星表层并不适宜生命存活，也给未来登陆的宇航员健康提出了挑战。
火星土壤的物理特征
火星车和火星着陆器利用车轮、机械臂、磨具等与火星土壤相互作用，再结合地面实验室内的模拟实验，就能够在火星表面原位获得火星土壤的体密度、内聚力、摩擦角、承压强度以及休止角等机械力学性质。配合探测器所携带的磁性装置和成像相机，还可以观察土壤中磁性组分的性状和磁性特征。这些重要的物理参数，为火星车设计、探测计划的制定、火星车自动驾驶等提供了重要的基础数据。我国天问一号火星车也正利用类似方法，获取祝融号火星车着陆区的土壤物理力学特性。
对地外天体的探测正改变着土壤定义
长期以来，人们认为土壤形成至少需要五个要素：母岩物质、气候、生物、地形和时间。我们对地球土壤的定义主要集中在：土壤的形成因素，维持植物生长的能力和清晰的土壤层结构。但是这些源自地球土壤的定义几乎没有考虑非生物环境中形成的土壤。那么， “地外土壤”算不算真正意义上的“土壤”？
2017 年，美国土壤科学协会委员会批准了一个新定义：土壤是“行星表面（或附近）受物理、化学和/或生物过程影响的成层状松散矿物和/或有机物质，通常含有液体、气体、生物群并支持植物生长” 。这一新定义意味着， “化学风化”成为定义土壤的充分必要条件，不再需要生物圈的参与；水、生命和有机物对于地球或其他天体的土壤而言，不再是必不可少。这使得地外土壤——火壤、月壤、小行星表面的风化层，都算得上是土壤科学意义上真正的“土壤” 。
可能在未来十年里，人类的脚步将踏上火星。届时，我们将需要利用火星土壤，获取水、种植粮食、建设驻地等等。这些都迫切需要人类在踏足火星之前，对火星土壤的特性和分类有相当的认识，并对不同类型土壤在火星全球的分布等有所掌握，例如土层厚度、盐度、含石量、结构、有毒物质等级、是否适用于就位利用等等。随着人类对于太阳系其他岩质天体的探测，更多类型的地外土壤可能会一一呈现。构建一个类地天体可以广泛适用的标准化土壤分类体系已成为土壤科学和土壤分类学的新前沿。