這塊火星千層石里，藏著遠古時代的一大片粼粼波光

知識 08-26

火星。一片遙無邊際的暗紅荒漠，映襯著這片大地的蒼老頹態。它早早失去了自己的生機，地殼不再咆哮，火山也盡數熄滅。荒蕪的土塊得不到一滴水分的浸潤、無盡的戈壁也望不到一絲渺茫的生機。永不停息的風塵呼嘯著，捲起沙塵，在微弱的陽光下傀儡般舞動。這是一片荒涼的大地，卻有一位旅者在緩緩前進。

好奇號的自拍照，攝於2019年5月12日 | NASA/JPL-Caltech/MSSS

它是人類的造物，好奇號，一輛火星車。它行進在未知大地的遠端，尋找這片土地上失落的故事。

7月9日，它向故鄉地球傳回了一張照片。照片的主角很普通：一塊大概與人肩膀差不多寬的石塊，土黃色，上面布滿了細密的紋層。這樣的石塊，放在地球上可能不會有誰多看一眼，可NASA的科學家對它格外興緻有加。

正是這樣一個不起眼的石塊，令他們看到了一汪遠古的大湖，看到了當年粼粼的波光和躍動的水流；甚至有可能，在這樣一片失落的樂土中，曾經孕育過古老的生命。

好奇號上的桅杆相機拍攝的火星沉積岩 | NASA/JPL-Caltech/MSSS

好奇號走進了「泥巴灣」

2011年，好奇號發射升空，它的著陸地為火星上的蓋爾隕擊坑（Gale Crator）。在這個隕坑中，有一片「粘土富集區」。顧名思義，該地帶的地表中富含粘土礦物（在地球上，俗稱泥巴）。近幾個月，好奇號緩緩地行駛到了這兒。粘土地帶的裸露岩石，為它提供了一個觀察該區域地殼成分細節的絕佳機會。

7月9號、10號兩天，好奇號用它的「雙眼」（桅杆相機，Mastcam，主要用以巡視前景）和「手持相機」（火星手持透鏡成像儀，MAHLI，Mars Hand Lens Imager，固定在好奇號機械手臂上上的相機，可以近距離選擇低角度進行拍攝）給這塊布滿紋理的岩石拍了特寫。根據人類在地球上進行地質學研究的經驗，幾乎可以肯定——這是一個巨大火星湖泊的遺迹。

好奇號「手持相機」拍攝的沉積層特寫 | NASA/JPL-Caltech/MSSS

沉積岩——遠古環境的史書

僅靠觀察一塊石頭就能看出湖泊遺迹，首先是因為它是一塊沉積岩，而沉積岩具有精確指示古環境的功能。

就像生物學家把地球上的萬千生命歸為「動物」、「植物」、「真菌」等多個門類一樣，地質學家也會把地球上的岩石歸為三個最大的綱目：火成岩、沉積岩和變質岩。

由滾燙岩漿直接凝固形成的，是火成岩；由地表堆積的砂石雜物固結而成的，是沉積岩；當這兩類岩石在地殼中埋藏足夠久、以至發生了成分的變化，便形成了變質岩。

岩石不僅存在於地球，任何一個類地星球（如火星、金星、土衛六等），乃至不少小行星，也都由岩石構成，但多數是火成岩。沉積岩和變質岩則很難形成。

沉積岩是地表堆積物，如礫石、砂、粉、灰、泥等壓實固結的產物。想讓這些東西在一顆星球表面出現，離不開一個前提：即其表面必須有大氣和水流，能對這顆星球表面的岩石進行長期的磨蝕、破壞。此外，它們還要承擔搬運工的角色，把這些破碎的雜物堆積到一起，一點點埋藏，最終固結成岩。所以，沉積岩出現在一顆行星的表面，至少能夠表明，在岩石形成的歷史時期，這顆星球上有著大氣和水流的作用。

那麼，大氣是怎麼吹的？水流在地表又形成了什麼？是源遠流長的江河還是廣袤無邊的湖海？此時，沉積岩便會用它的堆積方式，用它堆積出的特殊紋理結構，用它的層厚與粒度等信息，忠實反映這一切。

地球上，這樣的沉積岩並不罕見 | wikipedia

這種對應關係十分精確。科學家之所以認為，這次找到的火星岩石是一個古老湖泊的產物，便是因為這塊岩石的沉積特徵，只有放在湖泊特有的水動力參數里，才解釋得通。

它由一層一層細膩的紋層平鋪而成。一如樹木的年輪在歲月里逐漸增加，地殼表層的沉積物也會隨著時間的流逝，一層層地堆疊，最終形成連續的地層（Strata）。地層的厚薄、每一套紋層的沉積物粒度大小，所有諸如此類的這些參數，都與水流的能量有關。

當某層中沉積物顆粒很大時，表明搬運它們的水流能量很強（否則搬不動呀）。而以泥質為主的地層，往往是在平靜的弱水動力條件下緩緩沉降而成的（水流弱到連砂子都帶不動，只有懸浮的泥水緩緩沉降）。

除成分外，地層本身的紋理也會反映當時的水流條件——當水體特別安靜、翻攪不起大風大浪時，岩石里便會留下細膩的水平紋層；而在巨浪頻繁翻攪的環境，地層中則會留下巨大的相互交錯的層理。

大型湖泊的中心往往有著一個重要特徵：越靠湖中心，湖床底部的沉積環境越平靜（因為深，水面的波浪波及不到），有利於沉積出細膩而均勻的紋層；而在湖岸、河流等其他地表水體區域，水浪的翻攪能量要麼一直較強，要麼時強時弱，不會像大湖中心一樣沉澱出如此細膩而穩定的水平紋層。

找到一個古老的火星大湖已經足夠刺激，可科學家還在期待更多。其實打一開始，將蓋爾隕坑設置為著陸地點，就預示著好奇號此行必然身兼一個重要使命。無論往年它在岩石表面打鑽研磨、還是今日它對大湖遺迹格外關注，不過都是最終主線上的一個個計劃節點。這條主線，構成了人類對火星的終極之問——這裡是否存在過生命。

而古老湖泊的遺迹，天然是探尋遠古生命的最佳地帶。

深邃而平靜的大湖深處，從來都是生物埋藏沉積的優良環境 | wikipedia

深湖——化石的博物館

至少地球上是這樣。無論今日現存的大湖，還是億萬年前的湖相沉積物，無數個雄辯的實例表明：深湖或許不是生命活動最繁榮的地方，但絕對是生物死去之後，最理想的安眠地。

一個環境里要想有大量生物繁殖，前提是要有能夠維持生存的優良條件。但生物大量繁殖的區域，不見得是有利於化石保存的區域。

對於水生生物來說，這些「生存的福地」往往水體清淺乾淨（透光、有助於光合作用，構成生態鏈的基礎）、水流動蕩（有助於提供「活水」和頻繁輸送溶氧、營養物質）。這些活的時候能「嗨翻天」樂園，並不是一個理想的埋骨地。富氧的水體、活躍的生態鏈、動蕩的水流，無法讓生物的遺體穩定賦存，更別說穩定埋藏數百萬甚至數十億年最終成為化石了。

生物要想埋藏下來，大概要滿足這樣的條件：環境足夠安靜（免遭水體侵蝕擾動）、化學反應不活潑（避免氧化）、儘快埋藏（避免環境轉變、夜長夢多）。把這些因素都考慮在內，大型水域的沉降中心（比如大湖的湖心，大陸架的深水槽），往往是最良好的埋藏地點。看看地球上那些知名的化石地層就知道：從西南志留紀龍馬溪組中那些結構細節豐富的筆石生物、到華北中生代熱河生物群中栩栩如生甚至可以數毛的中華龍鳥，哪個不滿足這樣的埋藏條件。