火星中纬度地下冰是过去冰盖的残留物

埋在火星尘土下的隐秘冰层

当你想象火星时，可能会想到干燥多尘的沙漠。然而在中纬度的尘土表层下，科学家发现了大量近乎纯净的水冰，埋藏深度仅数十厘米。本研究提出了一个简单但重要的问题，关乎未来探测与我们对火星气候的理解：这些埋藏的冰是火星过去冰期的残余吗？它们在地下隐藏了多久？

火星冰藏身何处

航天器通过多种方法探测到火星表面下的水，包括轨道中子的测量、雷达反射、揭露明亮物质的新撞击坑、着陆器观测以及随季节变化的地表温度。这些工具显示，在约北纬40至55度的范围内，甚至向赤道延伸到约35度处，地下存在一层相对洁净的冰。在许多地点，这层冰距地表不足一米，这令人惊讶，因为简单模型表明在如今稀薄寒冷的大气下，冰应只在更靠近两极的地方稳定存在。

冰层很可能如何形成

地下冰有两种主要成因：一种是在土壤空隙中缓慢生长，当水汽向下渗透并凝结时形成；另一种则始于地表的积雪或霜覆层，随后缩减并在表面留下尘土覆盖。最近被撞击坑揭露的中纬度冰几乎不含尘埃，杂质含量低于2%。如此高的纯度强烈表明其来源为地表降雪或霜，随后冰向大气缓慢损失而尘土被留在表面，形成一层隔热层。这层尘覆既减缓水汽逸散，又使下方冰层保持更凉，帮助其在更长时间尺度上存续。

重放火星气候的历史

作者使用了先进的火星气候模型来回溯行星的近代过去。火星自转轴不像地球那样稳定；其倾角（轴倾）在数十万到数百万年尺度上变化。当倾角高于今日时，日照分布改变，大气中能容纳更多水汽，使中纬度地区可能积累雪和霜。团队对过去四百万年间的温度、尘埃、二氧化碳和水分进行了精细模拟，以估算能积累多少冰、冰会以多快的速度消退、以及随着保护性尘土层的形成，冰最终会被推到距地表多深的位置。

将模型结果与真实撞击坑相匹配

研究人员在模型中以大约63万年前在火星表面放置一层冰为起点，当时行星的倾角约为35度，据信中纬度冰盖在那时形成。他们随后让模拟中的冰随着环境演变到今日状况而缓慢后退。在北纬40至55度带内，他们发现剩余冰现在应位于大致20到150厘米的深度范围内，深度会根据地面特性与局地气候在行星上有所变化。这些预测深度与真实撞击坑揭露冰的位置以及轨道中子测量提示的浅层水分位置吻合良好。当他们测试一个更久远的起始时间（约418万年前）时，预测的冰深度与观测的匹配度不再那么好。

这对今日火星意味着什么

研究得出结论：火星中纬度的埋藏冰最好解释为曾经更厚的地表冰盖的残余，该冰盖形成于四百万年以内，最可能约在63万年前。自那时起，冰盖缓慢收缩，而尘土覆盖逐渐增厚并将残留冰推得更深，从而大大减缓了随后的损失。这意味着我们今日探测到的冰是近期火星冰期的直接残留，并作为过去气候的自然档案。对于未来探险者而言，它也标示出一处广泛且相对易得的水源，就在火星土壤之下。

引用: Vos, E., Forget, F., Lange, L. et al. The Martian mid-latitude subsurface ice is the remnant of a past ice sheet. Commun Earth Environ 7, 412 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03418-x

关键词: 火星冰, 地下水, 火星气候, 行星轴倾, 中纬度永冻土