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塔爾西斯

火星上的火山高地

塔爾西斯（Tharsis）是火星西半球赤道附近一處遼闊的火山高原[註 1]，該地區為太陽系中最大火山所在地，包括統稱為「塔爾西斯山群」的三座大型盾狀火山：阿爾西亞山、帕弗尼斯山和艾斯克雷爾斯山。火星上最高的火山奧林帕斯山，通常也與塔爾西斯地區有關，實際上它位於該高原的西部邊陲。塔爾西斯之名是《聖經》中「他施」（Tarshish）一詞的希臘－拉丁化轉寫，意指世界極西之地[2]。

火星軌道器激光測高儀（英語：Mars Orbiter Laser Altimeter）繪製的彩色地形圖，塔爾西斯區（紅色和棕色陰影區）佔據了火星的西半球，白色是高聳的火山，中央偏左處排成一列的是被稱為塔爾西斯山群的三座火山，奧林帕斯山坐落在西北，北面是卵狀的亞拔山，水手峽谷系統則從塔爾西斯向東蔓延，在它周圍分佈着大量曾攜帶着洪水向北延伸的溢流河床。

位置和大小

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基於火星軌道器激光測高儀數據繪製的火星全球地形圖。位於左側的大面積區域(紅色和白色陰影區)是「塔爾西斯隆起」，它左（西）和右（東）的藍色區分別為亞馬遜和克律塞平原。為突出塔爾西斯與火星其他地區的高度對比，圖中隱去了平均海拔(球帶調和度為1)更高的南半球。

根據歷史和科學背景，塔爾西斯有許多含義，該名字通常廣義上代表赤道以南，以東經265°為中心大陸般大小的異常隆起區域[3]，稱為塔爾斯隆起或塔爾西斯抬升，這一廣袤的隆起區佔據着火星的西半球，是火星上除全球分界區外最大的地形特徵[4]。

塔爾西斯尚無正式定義的邊界[5]，因此很難給出該區域的精確尺寸。一般來說，該隆起區縱橫5000公里[3]，高達7公里（不包括海拔更高的火山）[4]，大致從西部的亞馬遜平原（東經215°）延伸到東部的克律塞平原（東經300°），它的南北向略長，從亞拔山北坡（約北緯55°）伸展至陶馬西斯高地的南側坡底（約南緯43°）。依據不同的區域定義，塔爾西斯涵蓋了1000萬至3000萬平方公里，或者說為火星表面積的25%[6][7][8]。

內部各分區

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更大範圍的塔爾西斯區由幾處不同地質的子區域組成，它們各有不同的地質齡和火山構造史，在此給出的細分為非正式的，可能包含了全部或部分其他已正式命名的地貌特徵和區域。

塔爾西斯可劃分為兩大隆起區：北部區和更大的南部區[9][10]。北部隆起區部分坐落在火星分界區以北隕坑稀疏的低地平原上，該區域主要有亞拔山及其遍佈的火山熔岩流。亞撥山是一座火星獨有的巨大、低矮的火山構造，由於它面積巨大、地形獨特，幾乎可被視為一處完整的火山區[11][12]；北部區最古老的部分是一處寬闊的山脊地形，與高度斷裂的刻拉尼俄斯槽溝群地形相對應[13]，山脊呈南北走向，部分位於亞撥山所坐落的諾亞紀期基底上。同樣位於北部區的還有刻拉尼俄斯塹溝群熔岩流，它們比遍佈塔爾西斯中央至南部大部分地區的亞馬遜紀熔岩流還要古老[14]。

更大的塔爾西斯南部區位於古老的崎嶇高地上，其西側大致以高聳的熔岩平原「代達利亞高原」為界；西南平緩降至門農和塞壬台地區；往東，塔爾西斯南部隆起與陶馬西亞高原（Thaumasia Plateau）連成一體，形成寬約3000公里的火山平原[15]。陶馬西亞高原西側以一道高海撥的斷裂帶-克拉里塔斯槽溝群和山脈（陶馬西亞高地[16]）為界，這道界線呈大弧線狀，先向南再往東而後拐向東北，其形狀被比作「蠍子尾巴」[9][17]。塔爾西斯南部區北面與諾克提斯迷宮和水手谷西部的四分之三相接壤；它的東面邊界則是一道南北走向的山脊，稱為「科普拉塔斯嶺」（Coprates rise）[18]。這些邊界包圍着廣闊的高原和包括敘利亞、西奈和索利斯平原（見火星平原列表）等在內的低淺內陸盆地。塔爾西斯隆起海拔最高的高原則出現在敘利亞平原北部、諾克提斯迷宮西部和阿爾西亞山東部的平原。

介於塔爾斯隆起南北部之間，有一道相對狹窄的東北走向區域，可認為是塔爾西斯中部，它由三座巨大的塔爾西斯火山群（阿爾西亞山、帕弗尼斯山和艾斯克雷爾斯山）和一些較小的火山構造，以及相鄰的年輕（亞馬遜紀中晚期）熔岩流平原所定義[14]。熔岩平原向東緩緩傾斜，在那裏它們相互重疊並圍繞着更古老（赫斯珀里亞紀）的厄科深谷和滕比台地西部地形；往西，熔岩平原斜坡朝向西北方寬達200公里的巨大峽谷系統延展，這些西北坡谷進入亞馬遜平原的「河口」（debouch），被一組平行的巨型「龍骨狀」岬角隔開。西北坡谷可能是大洪水泛濫後的殘餘物，類似於注入到塔爾西斯東部克律塞平原的巨大溢出河道[19]。塔爾西斯中部區長約3500公里，包括塔爾西斯區所覆蓋的大部分區域以及南面毗鄰的鳳凰湖區西北部分。

最後，巍峨的奧林帕斯山及其相關的熔岩流和沉積物環構成了塔爾西斯區另一獨特的子區域。該區域縱橫約1600公里，位於塔爾西斯區主要隆起處，但顯然與形成塔爾西斯的火山作用有關[9]，奧林匹斯火山是塔爾西斯大型火山中最年輕的一座。

地質起源

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塔爾西斯通常被稱為火山構造區，這意味着它是火山活動和引起大範圍地殼變形的構造作用的共同產物。按照標準的觀點，塔爾西斯坐落在一個熱點上，與夏威夷島下方的熱點相似。熱點是由一個或多個熾熱的低密度物質柱（超級地幔柱[20]）穿過地幔而形成的。該熱點在下地殼層產生大量岩漿，以高流動性玄武岩熔岩形式釋放到地表。由於火星缺乏板塊構造，熔岩能夠在一個地區堆積數十億年，形成巨大的火山構造。

 
火星全球勘測者號拍攝的彩色拼接圖中，地形水冰雲盤旋在塔爾西斯中部區火山峰之上。奧林帕斯山佔據着左上角，中間是三座塔爾西斯山群：最下方是阿爾西亞山、中間為帕弗尼斯山、艾斯克雷爾斯山位於上方。

在地球上（可能還有火星），某一大型火成岩區中並非所有的岩漿都是以熔岩的形式噴發到地表，其中大部分會滯留在地殼中緩慢冷卻凝固，形成大型侵入火成岩（深成岩體）。如岩漿通過垂直裂縫穿移，則又會產生成群的岩脈，這些岩脈在地表可能表現為長長的線狀裂縫（槽溝）和鏈坑（catenae）。岩漿也可能以巨大的板狀體（如岩床和岩蓋）水平侵入地殼，從而導致上覆的地殼發生大規模隆起和破裂。因此，塔爾西斯大部分地區可能都是由這些侵入火成岩以及地表上的熔岩流所構成[21]。

有關塔爾西斯本質的一個關鍵問題是，它是否主要是由下方地幔柱提供的浮力所引起的活動地殼抬升，抑或只是一大塊靜止的由底層岩石圈支撐的火成岩物質。重力數據的理論分析和塔爾西斯周圍的斷層模式表明，後者更有可能[22][23]。塔爾西斯巨大的下沉重量對地殼產生了巨大的壓力，使該區域周圍形成一圈寬闊的槽溝[24]和一系列放射狀的裂縫，這些裂縫從塔爾西斯隆起中心一直延伸到火星表面一半的地區[25]。

塔爾西斯周圍古河谷網流向的地質證據表明，該隆起大約在37億年前[26]的諾亞紀末期就已基本形成[24]。儘管塔爾西斯隆起本身很古老，但在整個火星歷史中，該地區的火山噴發一直在持續，可能對火星大氣層的形成以及地表岩石的風化起了很重要的作用[27]。

據估計，塔爾西斯隆起約含有3億公里3的火成岩物質。假設形成塔爾西斯的岩漿中所含二氧化碳和水蒸氣比例與在夏威夷玄武質熔岩中觀察到的相當，那麼，塔爾西斯岩漿釋放出的氣體總量可以產生出1.5巴的二氧化碳大氣層和全球120米深的水層[24]。火星岩漿也可能含有大量的硫和氯，這些元素與水結合會產生酸，分解原生岩石和礦物。火星早期的硫期[28]，可能是由塔爾西斯和火星上其他火山中心噴出的氣體造成的，當時硫酸風化產生了大量的水合硫酸鹽礦物，如水鎂礬和石膏。

火星真極漂移

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塔爾西斯隆起的總質量約為1021公斤[29]，約與矮行星穀神星差不多。塔爾西斯如此巨大而沉重，以至於可能影響到了火星的轉動慣量，隨着時間的推移可能導致地殼相對於其自轉軸的方向發生變化[30]。根據最近的一項研究[31]，塔爾西斯最初形成於北緯50°左右處，在42億至39億年前一直向赤道遷移，這種變化被稱為真極漂移，會在行星大範圍地區引起劇烈的氣候變化。《自然》雜誌報導的一項最新研究表明了極地漂移的觀點，但作者認為塔爾西斯噴發出現的時間稍有不同[32]。

火山活動

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2016年，火星微量氣體任務衛星拍攝的塔爾西斯上空的冰水雲圖像。

過去20年的航天器探測表明，其他星球上的火山可能會以許多意想不到的形式出現[33]，而在同一時期，地質學家發現地球上的火山在結構上比以前想像的更為複雜多變[34]。最近的研究試圖進一步完善火山的定義，使其融合進太陽系中所有形狀、大小和成分迥異的地質特徵[35]，但一個令人驚訝和爭議性的結論是，塔爾西斯區可能是一種單一型的巨型火山[36]，這是地質學家安德烈·博吉亞（Andrea Borgia）和約翰·穆瑞（John Murray）發表在2010年美國地質學會專題論文中的觀點[37]。

要理解像塔爾西斯這樣廣闊的火成岩區本身如何成為一座火山的關鍵，是要重新思考火山的概念，要從簡單的錐形體轉換到環境或「整體」系統中來看待。根據傳統地質學觀點，火山是被動地從地殼裂隙或裂谷上方噴發的熔岩和火山灰堆積而成；裂谷是通過地殼和下方地幔的局部構造力運作產生的。傳統上，火山學家和火成岩學家只研究火山及岩漿管道，而構造特徵則是構造地質學家和地球物理學家的研究課題。然而，最近對大型陸生火山的研究表明，火山作用和構造作用之間的區別相當模糊，兩者之間存在着明顯的互動作用。

許多火山在形成過程中都會產生結構變形，火山的側坡通常表現出淺層重力滑塌、斷層和伴生褶皺。大型火山不僅通過向側坡添加噴發物，而且還通過底部的橫向擴展而不斷增長，特別是當它們位於脆弱或延展性地層上時。隨着火山體積和重量的增加，火山下方的應力場由擠壓變為伸展，在地殼被扭曲的火山底部，可能會形成地下裂谷[38]，這種火山擴張可能會引發進一步的構造變形，其形式為沿火山遠端側坡的逆斷層、遍佈整個山體的地塹和正斷層，以及大規模滑坡（扇形崩塌）。數理分析表明，火山擴張作用於火山的範圍很廣，理論上類似於發生在洋中脊（分離板塊邊緣）更大規模的裂谷作用。因此，在這種觀點中，構造板塊、火山擴張和裂谷之間的區別是模糊的，它們都是同一地球動力學系統的一部分。

根據博吉亞和穆瑞的說法，西西里島的埃特納火山是一絕佳的類似陸相構造，對於他們來說，更大的塔爾西斯隆起也是一座巨型火山，他們稱之為塔爾西斯山。埃特納火山是一座複雜的擴張型火山，具有三個主要結構特徵：一道沿東北偏北方向穿過山頂的火山裂谷系統；一圈環火山底部的外圍擠壓帶（逆衝斷層前緣）；以及連接了山頂裂谷和周邊沖斷層前緣的東至東北走向的變形（斜向）正斷層系統[39]。火山的頂峰分佈有一系列經常活躍的陡峭頂錐，整座山體也佈滿了大量的小寄生錐[40]。

埃特納火山和塔爾西斯隆起結構上驚人地相似，儘管後者約為前者的200倍。在博吉亞和穆瑞看來，塔爾西斯就像一座龐大的擴張型火山。與埃特納火山一樣，擴張產生了一條穿過隆起頂點的裂谷，以及一系列將裂谷與基底擠壓帶連接在一起的放射狀平移斷層系統。塔爾西斯撕裂斷層系統以放射狀槽溝為代表，其中最大的例子是水手谷，在塔馬西亞高地可看到沖斷層前緣。不像地球上板塊之間的裂谷作用會產生相應的俯衝帶，火星厚厚的岩石圈無法下降到地幔中。相反，擠壓帶會因受力而發生褶皺並橫向剪切成山脈，這一過程稱為仰衝（obduction）。要完成這一類比，巨大的奧林帕斯山和塔爾西斯山群只不過是一座更大的火山山體的尖頂錐或寄生錐。

五大火山

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塔爾西斯山群，上到下為艾斯克雷爾斯山、帕弗尼斯山、阿爾西亞山，右下為水手谷。

塔爾西斯區有五座巨大的盾狀火山，均為死火山且都有破火山口，分別是：

  • 奧林帕斯山，位於塔爾西斯西北，坐標北緯18.4°、東經226°，高度21229米[41]，為太陽系中最高的山脈，約形成於38.3億年前的諾亞紀。
  • 亞拔山，一座寬闊卻相對較低的火山，位於塔爾西斯北部，坐標北緯40.5°、東經250.4°，高度6600米，形成於35億年前的赫斯珀利亞紀。

塔爾西斯山群（Tharsis Montes）則指五座大火山中的以下三座：

  • 艾斯克雷爾斯山，高18225米[41]，坐標北緯11.8°、東經255.5°，形成於36億年前的赫斯珀利亞紀。
  • 帕弗尼斯山，高14058米[41]，坐標北緯0.8°、東經246.6°，形成於35.6億年前的赫斯珀利亞紀。
  • 阿爾西亞山，高17761米[41]，坐標北緯8.4°、東經238.9°，形成於35.4億年前的赫斯珀利亞紀。
         
奧林帕斯山 亞拔山 艾斯克雷爾斯山 帕弗尼斯山 阿爾西亞山

其他地形特徵 

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火山丘

英文名 中文名 北緯（度） 東經（度） 直徑（公里） 高度（米） 地質齡（億年）
Biblis Tholus 比布利斯丘 2.67 235.4 171.5 7000  ≧36.8
Ceraunius Tholus 刻拉尼俄斯丘 23.96 262.6 130.0 8250  ≧37.5
Jovis Tholus 朱維斯丘 18.21 242.5 58.0 3000  ≧37.0
Tharsis Tholus 塔爾西斯丘 13.35 269.2 158.0 8750  ≧37.1
Ulysses Tholus 尤利西斯丘群 2.87 238.4 101.7 5500  ≧39.2
Uranius Mons 烏拉紐斯山 26.84 267.8 274.0 6500  ≧37.0
Uranius Tholus 烏拉紐斯丘 26.14 262.3 62.0 4500  ≧40.4
       
比布利斯丘 朱維斯丘 尤利西斯丘 烏拉紐斯山

大眾文化中的塔爾西斯 

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  • 在金·史丹利·羅賓遜的《火星三部曲》中，開羅、謝菲爾德和尼科西亞三個主要城市都位於該地區，同時也提到了諾克提斯迷宮及周圍地區。
  • 塔爾西斯出現在2002年日本漫畫和動畫片《星之聲》中，人類首次與一個被稱為塔爾西亞人的外星種族相遇。
  • 在動畫片《星際牛仔》中，紅龍集團大本營就位於塔爾西斯城。 
  • 塔爾西斯高原是格雷厄姆·麥克尼爾撰寫的系列小說《荷魯斯之亂》（The Horus Heresy）第9卷《機械教》（Mechanicum）中的主要背景。該書前言中包括了一幅與該地區故事相關的地圖（由插圖畫家阿德里安·伍德繪製）[42].。
  • 《潛至未來2021》（Sealab 2021）的〈Der Dieb〉一集中，墨菲船長提到了火星上的塔爾西亞地區：「那麼，從現在起，我在此與阿德里安娜·巴比歐（Adrienne Barbeau）結婚，她是從奧林帕斯山到塔爾西斯的火星女王」。
  • 電子遊戲《赤色戰線：游擊戰隊》全部發生在塔爾西斯區。同樣在遊戲中，還提到了臭名昭著的烏托爾公司採礦綜合體也位於塔爾西斯。
  • 在2005年由羅伯特·查爾斯·威爾森撰寫的小說《時間迴旋》中，火星定居10萬年後，在火星被時間旋轉包住之前，從塔爾西斯啟程返回地球。
  • 在《殺無赦2：勾魂使者》（Myth II: Soulblighter）遊戲中，塔爾西斯火山是一座在最後一層有着濃重特徵的火山。 
  • 《塔爾西斯》是一款基於完成該區域任務的戰略遊戲，不過，這並不涉及在那裏登陸。
  • 電子遊戲《天命》中曾提及到一個叫塔爾西斯交叉口的地方。
  • 日本動畫片《ALDNOAH.ZERO》中有一台名為「塔露西斯」的甲冑騎士（人形戰鬥兵器、機械人、有人搭載機甲），它最初屬於火星帝國的庫魯特歐伯爵，伯爵死後後轉讓給斯雷因·特洛耶特駕駛。

另請參閱

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備註

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  1. ^ 嚴格來說，依IAU的定義，「塔爾西斯」是火星的古典反照率特徵[1]。

參考文獻

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