火星甲烷濃度周期性波動之謎有新解

　　甲烷被認為是未來火星資源開發和原位能源利用的潛在資源。可燃冰（甲烷水合物）是甲烷在火星地下的固態儲存載體，也是研究火星地下環境演化的重要研究對象。

　　近日，中國科學院地質與地球物理研究所研究團隊綜合分析了包括“祝融號”火星車采集的數據在內的多個火星地層數據，系統研究了火星地下可燃冰的穩定性演化及其對火星大氣甲烷濃度變化的影響，為解釋火星甲烷濃度周期性波動提供了新的科學思路。

　　01 可燃冰的雙層保存結構

　　研究人員建立了包含過渡層、含冰風化層及深部玄武巖層的二維火星地下結構模型，推測火星淺層可能廣泛存在由鹽分遷移形成的低滲透性氣體封閉層。

　　這種封閉層能夠有效阻止地下甲烷向地表快速逸散，同時為甲烷水合物的穩定保存提供必要的壓力條件。

　　封閉層的存在，將火星地下分成了淺層次生可燃冰層與深層主體可燃冰層共同存在的雙層結構。

　　02 地層改變可燃冰演化

　　研究人員發現，隨著火星季節變化，淺層和深層中的可燃冰表現出明顯不同的演化特征。

　　在春夏季節，隨著火星表面溫度升高，淺層次生可燃冰發生分解并釋放甲烷氣體，并于夏末達到釋放峰值；與此同時，地下氣體受熱膨脹導致壓力升高，促進深層可燃冰頂部區域進一步富集。

　　進入秋冬季節后，表面溫度下降，淺層區域重新形成次生可燃冰，而深層區域則因壓力降低出現部分可燃冰分解現象。

　　研究表明，淺層可燃冰主要受溫度變化控制，而深部可燃冰則主要受到壓力變化影響，形成了“淺層溫控、深層壓控”的協同演化模式。這種溫度與壓力共同作用的機制驅動了地下可燃冰的季節性循環。

火星淺層可燃冰的季節性演化模型圖

　　03 甲烷循環

　　進一步研究發現，淺層可燃冰會根據四季的變化分解與形成甲烷氣體，部分甲烷氣體會釋放到火星大氣中，導致甲烷濃度變化。

　　研究表明，大氣甲烷濃度自春季開始逐漸升高，并在夏末達到峰值，隨后于秋冬季節下降。該變化趨勢對此前“好奇號”火星車在蓋爾隕石坑觀測到的甲烷濃度季節變化特征，提供了一種可能性解釋。

　　該研究成果構建了受氣體封閉層控制的火星淺層可燃冰季節性演化框架，為理解火星甲烷異常現象提供了新的解釋，也為未來火星資源開發和原位能源利用研究提供了重要參考。