火星是深空探測(cè)的熱點(diǎn)。人類(lèi)不懈地探索火星，最主要的動(dòng)力是期盼發(fā)現(xiàn)地球以外的生命，其基本邏輯是，火星表面的許多地形地貌特征，指示曾經(jīng)有過(guò)水流，因而具有支持和孕育生命的基本條件。除了地形地貌特征之外，在火星上還探測(cè)到硫酸鹽和碳酸鹽等可能從水體中沉淀形成的蒸發(fā)鹽類(lèi)礦物，以及粘土等次生礦物。這些發(fā)現(xiàn)都進(jìn)一步證明火星上確實(shí)存在過(guò)液態(tài)水。但是，現(xiàn)在的火星表面不存在液態(tài)水。不僅如此，還有一些研究認(rèn)為，自30億年前甚至更早以來(lái)，火星表面就已經(jīng)變成現(xiàn)在這樣極度寒冷和干旱。事實(shí)是否果真如此呢？人類(lèi)開(kāi)展了多方面的探索研究，除了代價(jià)高昂的深空探測(cè)之外，研究火星的另一條有效途徑是在實(shí)驗(yàn)室對(duì)來(lái)自火星的樣品（火星隕石）進(jìn)行各種精細(xì)的分析測(cè)試。

　　中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所比較行星學(xué)學(xué)科組博士后胡森與合作導(dǎo)師林楊挺研究員等人借助該所的納米離子探針，對(duì)在南極格羅夫山發(fā)現(xiàn)的兩塊火星隕石之一的GRV 020090火星隕石中的巖漿包裹體和磷灰石的水含量和H同位素組成進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn)，該樣品巖漿包裹體的水含量和H同位素具有非常好的對(duì)數(shù)相關(guān)性（圖1），指示火星大氣水交換的結(jié)果，從而推斷火星大氣的H同位素組成為5860±150‰，與美國(guó)“好奇號(hào)”火星探測(cè)器對(duì)火星土壤水最新的探測(cè)結(jié)果一致。此外，這些巖漿包裹體的水含量和D/H比值非常不均勻，二者都從中央向外逐漸升高（圖2），表明這些水是由外部通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入冷卻后的巖漿包裹體。因此，該研究表明這是火星大氣水而不是巖漿水，這是首次發(fā)現(xiàn)火星存在大氣降水的同位素證據(jù)。通過(guò)對(duì)水在這些巖漿包裹體中的擴(kuò)散模擬，可進(jìn)一步對(duì)液態(tài)水存在的最長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行估算。結(jié)果表明，在0℃的條件下，液態(tài)水最長(zhǎng)可存在13萬(wàn)-25萬(wàn)年左右，如果溫度升高到40℃，則時(shí)間縮短至700-1500年。這表明GRV 020090火星隕石的巖漿上侵至火星近表面時(shí)，其熱量熔化了周?chē)�的凍土層，形成了一個(gè)區(qū)域性的、有限時(shí)間的地下熱水體系。同時(shí)，由于所測(cè)得的D/H比值遠(yuǎn)高于之前報(bào)導(dǎo)的結(jié)果，表明有更多的水逃離了火星，意味著火星早期曾經(jīng)有過(guò)更深的海洋。對(duì)GRV 020090火星隕石中磷灰石的分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)水含量和H同位素呈正相關(guān)（圖1），指示了水在殘留巖漿中由于無(wú)水礦物的結(jié)晶而不斷富集，以及巖漿在上升過(guò)程中含水火星殼源物質(zhì)的加入。采用最早結(jié)晶的磷灰石的水含量進(jìn)行估算，得到火星幔的水含量?jī)H約為38-45ppm，與地球的地幔相比具有明顯貧水的特征。

　　該研究結(jié)果近期發(fā)表于國(guó)際地球化學(xué)領(lǐng)域期刊Geochimica et Cosmochimica Acta（Hu et al. NanoSIMS Analyses of Apatite and Melt Inclusions in the GRV 020090 Martian Meteorite: Hydrogen Isotope Evidence for Recent Past Underground Hydrothermal Activity on Mars. Geochimica et CosmochimicaActa, 2014, 140: 321-333）。

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圖1  GRV 020090火星隕石磷輝石（Apatite）和巖漿包裹體（Magmatic inclusions）的水含量和H同位素的相關(guān)性 

　　圖2  GRV 020090火星隕石巖漿包裹體的水含量和H同位素剖面。GRV 020090中的巖漿包裹體具有明顯的水含量和H同位素環(huán)帶，邊部富水，核部貧水，表明經(jīng)歷了后期的水化過(guò)程。根據(jù)H擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算，液態(tài)水持續(xù)的時(shí)間約0.15 Ma。