火星地表（藝術圖）。圖片來源：美國國家航空航天局

火星地表并非一直是寒冷荒漠。越來越多的證據表明，數十億年前，這顆紅色星球的表面曾流淌著水。如果有水，那必定也有一層厚厚的大氣層來防止水結冰。但大約在35億年前，水干涸了，曾經富含二氧化碳的空氣急劇變薄，只留下一絲稀薄的大氣層包裹著這顆星球。

那么，火星的大氣層究竟去了哪里？這個問題是火星46億年歷史中的一個核心謎團。

對于美國麻省理工學院的兩位地質學家而言，答案或許就藏在火星的黏土之中。他們在最新一期《科學進展》雜志上發表的一篇論文中提出，火星上大量消失的大氣層可能被鎖在了火星的黏土覆蓋層中。

他們重點研究了一種名為蒙脫石的黏土礦物，這種礦物可以吸收大量的碳。在地球上，蒙脫石是由大陸板塊運動形成的。這種構造活動將蒙脫石抬升到地球表面。當這種褶皺的黏土礦物暴露在地表時，它會吸收二氧化碳，將這種溫室氣體從大氣中去除，并幫助地球在數百萬年內降溫。

科學家注意到，火星上也含有豐富的蒙脫石黏土。這促使他們提出一個重要問題：這顆紅色星球缺乏板塊構造活動，這種褶皺的黏土礦物是如何形成的？

為了回答這個問題，他們轉而研究地球的地質歷史。其中一個線索是，在火星地殼中遠程探測到一種硅含量較低的火成巖，被稱為“超鎂鐵質巖”。在地球上，這種火成巖在被水腐蝕或風化時會形成蒙脫石。在火星上，有證據表明，那里曾有古老的河流，水可能在那里流動并與底層巖石發生反應。

隨后，科學家利用地球上水與火成巖相互作用的知識，創建了一個適用于火星的模型。利用這一模型，他們發現，在十億年的時間里，水可能已經滲透過地殼，與一種富含火成巖的鎂鐵硅酸鹽礦物——橄欖石發生了反應。這種礦物富含鐵，水中的氧會在此過程中與鐵結合，釋放出氫氣。這種氧化鐵可能有助于火星呈現獨特的紅色。

接下來，釋放出的氫氣可能與水中的二氧化碳結合形成甲烷（一種可以在火星黏土表面儲存數十億年的碳形態）。這種反應慢慢地將橄欖石轉化為另一種富含鐵的巖石——蛇紋石。隨著蛇紋石繼續與水發生反應，最終可能形成蒙脫石。

蒙脫石黏土具有強大的碳儲存能力。目前，這些甲烷可能仍然存在，甚至未來可能成為火星上的能源。考慮到火星表面估計覆蓋的黏土量，火星黏土可以儲存相當于火星最初早期大氣層中約80%的二氧化碳。

科學家提出，這些被封存的火星碳或許有一天能被回收并轉化為推進劑，為火星與地球之間的未來任務提供動力。

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