问题

火星上可能会有地球上没有或者缺乏的矿藏吗?

回答
火星,这颗红色的星球,就像一块巨大的、未被完全发掘的宝藏,潜藏着地球上可能缺失或稀有的矿藏。虽然我们对火星地下世界的了解还处于初步阶段,但根据现有数据和火星形成过程的推测,我们可以大胆设想,火星上可能蕴藏着一些我们地球上极为罕见,甚至未曾谋面的矿产资源。

首先,我们要明白火星与地球在形成之初就存在一些根本性的差异。火星形成的位置比地球更靠外,这意味着它接收到的来自太阳系的原始物质可能有所不同。同时,火星作为一个相对较小的行星,其内部热量散失速度更快,地质活动也可能比地球早期更为剧烈,但持续时间可能较短。这些因素都可能导致火星拥有独特的矿物组合。

1. 稀有金属和铂族金属的富集:

地球上铂族金属(铂、钯、铑、钌、铱、锇)极为稀少,主要来源于小行星撞击事件。火星也经历过大规模的小行星撞击,尤其是在其早期历史中。一种可能性是,某些富含这些稀有金属的小行星在撞击火星时,可能将这些金属以一种更集中的方式留在了火星的地壳或地下深处。

更进一步地,火星的金属核心可能比地球的更小,或者其形成过程中,某些轻质元素(如硫)在核心中的比例更高。这些差异可能影响了岩浆洋的分异过程,从而导致在火星地壳中,一些较重的亲铁元素(包括铂族金属)比地球更容易被富集到某些特定的矿床中。设想一下,在火星漫长的地质演化过程中,某些区域可能经历了火山活动,将地幔深处的这些稀有金属带到了地表附近,形成了我们尚未发现的富矿。

2. 特殊的含水矿物和有机物:

尽管火星表面如今干燥寒冷,但证据表明,在过去,火星曾拥有液态水,甚至可能存在古老的海洋和湖泊。这意味着火星的岩石记录中可能保存了许多与水相互作用形成的矿物,这些矿物在地球上可能因为地质活动、风化侵蚀或其他地质过程而消失或转化。

例如,火星探测器已经发现了大量的硫酸盐矿物,这表明火星地表曾经存在过富含硫的液体。此外,火星可能存在一些我们地球上不常见的含水矿物,这些矿物在保存火星古代生命痕迹方面可能至关重要。如果火星生命曾经存在,那么与它们相关的有机物,可能以一种不同于地球的方式被封存在火星的冰层、沉积岩或地下洞穴中。这些有机物可能不只是简单的碳基化合物,而是经过火星独特环境的洗礼,演化出我们意想不到的形态和结构。

3. 硅酸盐矿物的新变种和同位素异常:

火星的地壳成分与地球有所不同,例如,火星地壳的铁含量普遍高于地球。这可能导致形成一些在地球上不常见的硅酸盐矿物变种,或者在某些硅酸盐矿物中,某些元素的比例出现异常。

更微妙的是,火星的形成和演化过程中,某些元素的同位素比例可能与地球存在差异。例如,氧、氮、碳等元素的同位素比率,可以反映一个星球形成时所处的太阳星云环境以及后期的演化历史。如果火星在早期经历了某些独特的物质吸积过程,或者其大气逸散过程与地球不同,那么它内部的矿物就可能记录下这些差异,呈现出独特的同位素“指纹”。这可能使某些在地球上难以区分的矿物,在火星上,通过其同位素特征而变得独特。

4. 可能是“地下盐湖”的宝藏:

我们已经知道火星地下存在水冰,并且在某些地区,地下咸水层可能在特定条件下保持液态。如果这些地下咸水湖或盐水层富集了地壳中溶解的各种矿物质,那么它们就可能成为一种“地下盐湖矿藏”。

这些盐水可能溶解了来自火星岩石的风化产物,其中可能包含一些我们在地球上难以获得的,或由于其溶解度在地球淡水环境中无法大量存在的矿物质。例如,某些高溶解度的盐类,或者是与火星特殊地质化学环境相关的金属盐,都可能在这些地下咸水层中以较高浓度存在。

5. 甚至是“外源性”的独特矿物:

火星就像一个巨大的收集器,它不断受到来自太空的陨石撞击。虽然我们已经从陨石中了解到一些地球上罕见的矿物,但火星本身作为撞击的接受者,可能在某些撞击事件后,形成了独特的矿物组合。

想象一下,一次巨大的小行星撞击,将来自太阳系遥远区域的物质带到了火星,这些物质可能包含我们在地球上未曾见过的元素或化合物。经过撞击产生的极端高压和高温,这些外源物质与火星本身的物质发生反应,形成全新的、在地球上根本不存在的矿物。这些矿物可能具有独特的晶体结构或化学组成,其价值难以估量。

当然,这一切都还停留在推测的层面。探索火星的任务,如毅力号、好奇号,以及未来的载人任务,将是我们解开这些谜团的关键。每一次钻探,每一次光谱分析,都在为我们描绘一幅越来越清晰的火星地质画卷。我们可能会在火星的地壳深处,发现那些在地球上只存在于神话传说中的珍宝,也可能发现一些我们甚至无法想象的新物质,它们将颠覆我们对矿产资源的认知。火星,这颗神秘的红色星球,正等待着我们去揭示它隐藏的、独一无二的矿藏秘密。

网友意见

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火星不会有“地球上没有的元素种类”,也无法期待“地球上总量稀少或分布稀疏的元素种类”在火星上密集分布。指望火星有大量容易开采的“铀矿”之类东西,是不现实的。

根据过去数十年间的火星探测,火星地壳中最多见的化学元素是硅、氧、铁、镁、铝、钙、钾。碎石、灰土等风化产物中可以找到钛、铬、锰、硫、磷、钠、氯、铯等元素。火星上有较少的锂、钴、镍、铜、锌、铌、钼,有很少的镧系元素、钨、金。火星上的一些地方存在碳酸盐岩石。

火星有许多古老的火山口和大范围的火成岩,可以期待在那里找到可供开采的镍、铜、钛、铁、铂、钯、铬等元素。2011年12月,机遇号火星车在火星上发现了一条从土壤中伸出的石膏矿脉,检测证实它含有钙、硫和水。

在火星上搞建设需要花大价钱运输专门设计的设备、面对恶劣的自然环境,成本难以压低。未来的火星居住者可以利用火星上的矿石来建造房屋、制造机器零件、生产一些日用品和化肥之类,将矿物运送回地球则难以期待其价格竞争力,并不值得。

不过,火星岩石本身就是地球上没有的、具有特殊意义的纪念品,如果能确认一些火星岩石中含有远古的生物化石,更可以预期其在收藏市场上的高价。

在采矿方面,捕获近地小行星或小行星带的天体、送到地球轨道上开发,要合理一些。SpaceX等商业航天公司有可能搞这方面的太空采矿。

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其实,地球上的矿藏种类可能远比火星丰富,甚至还有一些火星不具备的矿藏。

为什么?因为矿床学的知识告诉我们,很多矿产的出现,背后离不开水和岩浆的活动[1]

但水和岩浆这两个东西,偏偏地球上很多,火星上不多。


一、产生岩浆的最大推手,并不是星球内部的热量,而是星球表面的水和板块运动。

在地球上,液态水通过板块边缘的俯冲带进入地幔,它们会降低地幔中高温高压岩石的熔点,促使其熔融成岩浆,然后喷发。

所以我们才会在全球俯冲带的背后,看见大量的火山活动。无论是火山岛弧,还是火山山弧

或者是类似华北克拉通解体这样的古俯冲带活动产物[2]

板块运动+水,让地幔上部的软流圈成为不断产生岩浆的岩浆工厂,从地球板块运动在约40亿年前诞生以来,不断制造着火山活动。

而火星首先没有板块运动,第二很早就没有了地表水。即便是残留有液态水的数十亿年前,它也没有产生将水向火星地幔输送的机制:对,我说的还是车轱辘话,没有板块运动的俯冲带机制。

所以,火星上才多少火山?和地球比起来完全是个弟弟……

而且分布十分零散,没有呈带状分布的特征(进一步排除火星的板块运动)

火星上的火山分布,有点类似地球上的地幔柱成因火山,比如夏威夷岛、东非大裂谷北段的阿法火山区、冰岛、海南岛北部+广东雷州半岛的雷琼火山群等等。

当我们从单纯地幔上涌引起热点火山的角度出发时,你会发现,地球的火山活动分布,有点类似火星:

下图出自文献3[3]

回到成矿的话题。

既然地球有着远比火星规模更大、数量更多,且岩浆类型、起源区更复杂的岩浆活动和火山活动,那么在岩浆和热液成矿的角度,无论是成矿的规模、范围还是种类上,地球完胜

第一回合结束。


二、失去地表水,也失去了很多矿藏形成的机会。

比如,矽卡岩型矿床,需要中酸性(如花岗岩)岩浆侵入到碳酸盐岩(石灰岩、白云岩)中,在二者的接触部位产生矽卡岩。但是,火星上的海洋早就没了,有没有产生过石灰岩/白云岩还要两说

假如不曾有过,矽卡岩型矿床还会产生吗?这需要打一个问号。

而在现代海底,也有两种人们不再感到陌生的成矿系统:黑烟囱和白烟囱

它们都是海水从各种裂隙渗入海底岩石以后,收到深处岩浆烘烤加热,重新变成热水,然后携带矿物质从海底涌出产生的【热水喷流沉积矿床】,参见文献【1】。

这两种成矿系统,自从海洋诞生以来,就在地球上不断出现。人们已经在世界各地的陆地上,找到了属于古老海洋的热水沉积矿床。

火星上有没有这种矿床呢?

可能或许曾经有过,但无论是数量还是规模上,都不及地球。自然也不要期待什么特别的矿藏了。

而海洋、湖泊、河流的消失,也同样葬送了很多其他的火星成矿机会。

特别是那些直接从水里沉淀出来的化学成矿,比如让澳大利亚有资格和中国叫嚣的条带状铁矿床

它的成因不仅需要溶解在液态水里的二价铁离子,还需要氧气,以及远远不断产生氧气的生物

火星?算了吧,我很怀疑火星是否产生过光合作用。

第二回合,火星再度完败。


三、生物的力量

在人类目前已经认知的宇宙范围里,生物成矿作用只在地球发现了独一份。

我们不仅有古代海洋光合作用产生的BIF铁矿床,

还有海洋微生物死后腐败释放磷元素,富集而成的磷块岩,

也有海鸟拉屎拉出来的磷矿床,


还有植物分解产生的有机质富集转化成干酪根后,形成的煤炭,

主要由浮游生物、底栖生物死亡后,有机质富集转化而成的干酪根形成的油气——不要和我说恐龙肉,我会用《石油地质学》和《有机地球化学》糊你们一脸,关于石油的有机成因有任何疑惑,请看链接答案。

火星有过生物吗?或许有过。但生物圈是否繁盛到足以成矿的程度?

这还需要打一个大大的问号。

从矿藏种类、规模的角度,生物繁盛的地球无疑再度完胜。


四、火星你讲不讲武德?

但话说回来,火星都连输三场了,就没有一点扭转局面的可能吗?

有的。

众所周知,火星上缺氧,氧气含量只有约0.16%

这样的环境使还原性矿物有条件在火星地表附近大规模富集,有可能形成一些在地球近20亿年以来压根没法稳定存在的矿产。

例如下图所示,南非Witwatersrand盆地距今约27亿年前的河道黄铁矿砾石——在现代地球上,你扔一块黄铁矿到河里,很快就氧化破碎消失了,根本不可能堆积成砾石。即便是埋在河道泥沙里,也会很快被富含氧气的地下水分解掉,无法保存下来。

所以,在严重缺氧的火星,类似黄铁矿砾石这样的还原矿物露天富集而成的矿床,是完全有可能找到的。

第四回合,地球败。

“火星你不讲武德,来偷袭我氧气含量21%的地球!这好吗?这不好!”

综上所述,由于两个星球的元素成分没有本质差异,所以能够决定矿产差异的,就只有各自不同的成矿作用。

由于火星缺乏液态水、没有板块运动,所以它的岩浆作用远不如地球活跃,成矿体系不如地球发达,进而影响矿藏种类。

还是因为缺乏液态水,很多形成在水里的矿藏,火星在几十亿年前就停止产生了。从规模和种类的角度,火星不如地球。

而需要生物参与形成的矿产,火星上要么压根没有,要么非常稀少,无法比肩地球。

但是,两颗星球氧化还原性质的差异,却也给火星带来了机会:虽然火星可能没有地球上这么丰富的氧化矿物矿产(例如BIF),但换一个角度,地球表面十分缺乏的还原矿物矿产,火星上则是有可能存在的。

所以,如果给这个问题一个最终答案,那么答案是——————

“火星你不讲武德!!!!”


(其余参考文献略,按照我给的地名自己搜去吧,乖~么么哒)

参考

  1. ^ 姚凤良, 孙丰月. 矿床学教程[M]. 地质出版社, 2006.
  2. ^ 徐义刚, 李洪颜, 洪路兵,等. 东亚大地幔楔与中国东部新生代板内玄武岩成因[J]. 中国科学:地球科学, 2018, 048(007):P.825-843.
  3. ^ http://www.geoawesomeness.com/the-most-precise-3d-map-of-earths-interior/

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