火星上有地球上没有的元素吗?

火星上有地球上没有的元素吗?

地星引力,某青少年科普杂志编辑一枚~

不太可能。

世间万物都要遵守基本法的,这个基本法就是物理和化学规律。

按照目前的主流理论,太阳系形成于一团星云,星云物质在旋转的过程中向中心汇聚,其中 99%的物质形成太阳,剩余物质在围绕太阳运动的过程中因为降温而从气态物质变成液滴,最后又变成固体小颗粒。这些固体小颗粒发生碰撞,逐渐变大形成星子,星子继续长大变成各大行星,目前还有部分星子未能成长成为行星,被称为小行星,小行星坠落之后则被称为陨石。

太阳系形成过程 图 /Wikipedia

在这个变成行星的过程中,由于受到太阳温度的以及太阳风的影响,所以星子的成分发生了分异。离太阳越近,温度越高,太阳风越强劲,星子也就越是耐高温且密度大。离太阳越远,温度越低,太阳风越弱,星子也越不耐高温且密度小。

其中离太阳最近的星子,大多是一些铁质、耐高温的星子,如今我们称之为铁陨石;稍微远一点的则是一些硅酸盐成分的物质,如今俗称为石陨石——这是一个简单的物理规律。

铁陨石 图 /wikipedia
石陨石 图 /wikipedia

当然,这些不同成分的星子分布并不是非常严格的分布的,而是呈现出过渡的关系,有科学家曾经估算过太阳系内不同成分星子的分布情况:

1.铁陨石 2 和 3.石陨石 4.冰气成分 参考文献[1]

这些星子的分布最终就导致了如今的太阳系格局:靠近太阳的是水、金、地、火等四颗岩质行星;远离太阳的则是木、土、天、海等四颗气态巨行星。其中地球的成分估算一下大约是 1.6%的铁陨石成分和 98.4%的石陨石成分[1],火星因为离地球比较近,所以成分应该也相差并不远,可能铁质的成分更少一些,石质的成分更多一些罢了。

由于地球和火星的同源性,所以可以认为它们的各种化学元素的含量都是高度相似的,甚至可以认为是一致的

这些岩质行星形成最初的状态可能都很相似:由无数小行星相互碰撞,巨大的动能使得部分熔融成为岩浆。形成岩浆后,一方面放射性元素在岩浆内富集,二方面岩浆内部物质在重力作用下的沉降,在这两个过程中放射能和重力能的释放使得岩浆释放出更多的热量来,最终导致整个星球都处于岩浆球的状态。

岩浆球假说 图 /sketchfab

无论是铁陨石成分还是石陨石成分,都在岩浆中重新发生物理化学反应而发生了混合——也就是说,地球和火星在诞生之初,这两者的岩浆成分可能是也是一致的

在形成后,岩浆球冷却,热力学第二定律的作用,让岩浆球外层最先冷却,内部缓慢冷却;万有引力定律的作用,让岩浆球内密度大的物质下沉,密度轻的物质上浮。

在这两个规律的作用下,岩浆内部发生了成分的分异——物理规律的相似性,让地球和火星的岩浆分异状态可能都是一致的。

外层岩浆冷却后形成最初的地 / 火壳,内部因为冷却慢所以形成地 / 火幔、地 / 火核。所以我们甚至可以说,地球和火星从内到外,无论是物质还是结构都是一致的。

不仅如此,在它们形成,一直到大约 35 亿年前的这 10 亿年间,地球和火星的演化历程可能都是相似的,这导致了在这一时期的两颗星球上,不仅化学元素相似,就连矿物和岩石都是相似的。

我们如今在火星上发现的大量水流存在的证据,包括河道、三角洲、沉积岩等,都足以证明火星上的水量有多么充沛:

火星上的河流遗迹 图 /NASA
火星上的河道、河口三角洲遗迹 图 /NASA
现代火星北极冰盖 图 /NASA
NASA 的科学家认为火星最初是一个有广阔海洋的行星 图 /NASA

火星上的地表水一直到大约 35 亿年前才逐渐消失,也就是说一直到这一时间内,火星和地球的演化历程都是相似的——我们可以说,这时候的火星,从元素到矿物再到岩石,都与地球是相似的,火星有的,地球都有。

但是如果考虑到地球比火星大很多,其内部的温度和压力范围也都比火星大很多,因此地球内部可能会出现比火星多的多的矿物来,也就是说,地球有的,火星未必有。


不过随着火星上的水分消失,火星的演化基本上停滞在了 35 亿年前。

而地球则继续演化,在目前地球上发现的大约 4400 种天然矿物中,2900 种与地球上的生命活动息息相关,如果没有生命活动,地球上的矿物数量可能只有 1500 种左右。

但根据估计,火星上拥有的矿物种类只有大约 400~500 种左右。


也就是说,火星和地球元素相似,但是由于地球个头比较大,且地球上生命活动的存在,导致火星上的矿物种类只有地球上矿物种类的一个零头。

所以,答应我,以后不要再把地外行星看成什么神秘地带了好吗?

地外行星并不是什么稀奇的东西,上面也并没有那么神秘,它们只不过是早早夭折了的另外的“地球”而已,论(矿物、岩石、矿藏、生物等·····)多样性,地球完爆它们。