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扇形地形

扇形地形（Scalloped topography），又稱貝狀地形，在火星南北緯45°到60°之間的中緯度地區很常見，尤其在北半球的烏托邦平原地區[1][2]和南半球的佩紐斯山和安菲特里忒火山口區[1][2][3][4]最為突出。該地形由帶扇貝或荷葉邊狀口沿、無凸起壁壘環的淺窪地構成，通常稱為「扇形窪地」或簡稱「貝狀」。扇形窪地可以是孤立或成簇出現，有時似乎結合在一起。典型的扇形窪地顯示為一處面向赤道的緩坡和一處面向極地的陡坡 [5]，這種不對稱的地形可能是由於日照的差異所造成。扇形窪地被認為是因升華（材料從固相直接過渡到氣相而無中間液相過程）消耗了地下物質（可能是間隙冰）所形成的。這一過程目前可能仍在發生[6]。這種地形對火星未來定居者可能非常重要，因為它可能指示了純冰沉積物[7]。

發表在《伊卡洛斯》雜誌上的一項研究發現，在火星數萬年來的氣候條件下，升華造成的地下水冰消失下，形成了扇形地貌。扇形窪地被認為開始於一個小觸發事件，如小型撞擊、局部暗化、侵蝕或熱收縮引起的裂縫。裂縫在地球上富冰地面很常見。模型預測，當地面上大量純冰達到數十米深時，這些扇形窪地就將演化形成。因此，扇形地貌可作為表明存在大量純冰沉積的標誌。扇形地形內及其周圍的冰不僅存在於地面的孔隙空間中，而且還有更多，其純度可能高達99%，正如鳳凰號任務所發現的那樣[8][9][10]火星勘測軌道飛行器上的淺層地下雷達」沙拉德「（SHARAD）在大範圍區域只能檢測到厚度超過10-20米的富冰層[11]，但它在扇形地形地區發現了水冰[7] [12]。

有關扇形地形形成的詳情仍在研究中。2016年發表在《伊卡洛斯》上的一項研究提出了一種五步過程。

  1. 火星傾角的重大變化改變了氣候，這種氣候變化又導致了冰蓋的形成；
  2. 各種條件促使覆蓋層融解或蒸發；
  3. 融化的水在地下流動，至少流淌到扇形窪地的深度；
  4. 冰的凍結和融化產生出大量的冰（冰晶體）；
  5. 隨著下一次傾角的變化，氣候改變、大量水冰升華，形成扇形窪地[13]。

在烏托邦平原中，大型扇形窪地地表上蝕刻出一系列與陡坡平行的彎曲突脊，可能代表了陡坡侵蝕的不同階段[1]。最近，其他研究人員提出了一種觀點，即突脊代表了頂部的岩層[14]。有時，扇形地形或扇形地形周邊地表顯示出一種以規則的多邊形裂縫圖案為特徵的「圖案地面」。這些圖案表明，地表承受過可能由沉降、乾燥或熱收縮引發的應力[15]，此種圖案在地球冰緣地區很常見。烏托邦平原的扇形地形顯示出大小不同的多邊形特徵：陡坡上的較小（長寬約5-10米寬），周邊地形上的較大（長寬30-50米），這些尺度差異可能表明地面冰豐度的局部差異[1]。

地下冰探測

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2016年11月22日，美國宇航局報告稱，在火星烏托邦平原地區發現了大量地下冰。據估計，檢測到的水量相當於蘇必利爾湖的水量[16][17][18]。

火星 – 烏托邦平原的扇形地形（2016年11月22日）
 
火星地形
 
地形圖

對該地區水冰體積的計算是基於火星勘測軌道飛行器上探地雷達儀的測量結果，該設備被稱為」沙拉德「（SHARAD）。

 
沙拉德通過測量從表面和更深下表面反射的雷達回波來尋找水冰，下表面的深度是高解析度成像科學設備拍攝的表面裂口圖像中發現的。

根據從「沙拉德」淺層探地雷達獲得的數據，測定了它的電容率或介電常數，這是從對位於富冰層底部反射體的雷達穿透量中發現的；通過檢查該位置高解析度照片，發現了反射體的深度，在富冰層中的某些地方有縫隙或開口；火星軌道器雷射高度計地形圖隨後揭示了它的深度。富冰層頂部顯示了多邊形地面、扇形窪地和被掘出的隕石坑，所有這些都被認為是冰的跡象[19]。裂口底部是一層顏色不同，布滿隕坑的完全不同的表面，這就是雷達回波中所看到的反射體。整個區域的平均介電常數為2.8，而固體水冰的介電常數為3.0–3.2。火星上廣泛分布的玄武岩岩石的為8。因此，利用阿里·布拉姆森 （Ali Bramson）等人論文中的三元圖，研究人員確定富冰層是由50-80%的水冰、0-30%孔隙度為15-50%的岩石組成的混合物[20][21][22]。

圖集

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    S高解析度成像科學設備顯示的挪亞區佩紐斯火山口中的扇形地形，扇形地形在火星上某些地區很常見。
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    高解析度成像科學設備顯示的卡西烏斯區烏托邦平原中的冰緣地貌，顯示有圖案地面和扇形地形。
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    高解析度成像科學設備顯示的希臘區馬丁谷中呈現的扇形地形，圖中右側區域在另一幅圖像中被放大。
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    HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的扇形地形。
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    HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的扇形地形特寫，表面被劃分為多邊形，這些類型常出現於凍融地表區，註：這是前一幅圖像的放大版。
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    HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的扇形地表。
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    HiWish計劃下高解析度成像科學設備拍攝的扇形地面特寫，表面被劃分為多邊形，這些類型在地面凍融地區很常見。註：這是前一幅圖像的放大版。
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    HiWish計劃下的高解析度成像科學設備顯示的冰緣扇形地形和多邊形地面。
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    上一幅圖像的進一步放大。
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    HiWish計劃下的高解析度成像科學設備顯示的中心下凹型多邊形（箭頭顯示），該圖像用HiView放大。
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    HiWish計劃下的高解析度成像科學設備顯示的中心拱起型多邊形（箭頭顯示），該圖像用HiView放大。
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    HiWish計劃下的高解析度成像科學設備顯示的分布有中心下凹型多邊形和中心拱起型多邊形（被標註）的扇形地形，該圖像用HiView放大。
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    HiWish計劃下的高解析度成像科學設備顯示的卡西烏斯區扇形地形。

參考文獻

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 Lefort, A.; Russell, P.; Thomas, N.; McEwen, A.S.; Dundas, C.M.; Kirk, R.L. HiRISE observations of periglacial landforms in Utopia Planitia. Journal of Geophysical Research. 2009, 114 (E4): E04005 [2021-08-11]. Bibcode:2009JGRE..114.4005L. doi:10.1029/2008JE003264. （原始內容存檔於2012-09-23）.  引用錯誤：帶有name屬性「ref1」的<ref>標籤用不同內容定義了多次
  2. ^ 2.0 2.1 Morgenstern A, Hauber E, Reiss D, van Gasselt S, Grosse G, Schirrmeister L (2007): Deposition and degradation of a volatile-rich layer in Utopia Planitia, and implications for climate history on Mars. Journal of Geophysical Research: Planets 112, E06010.
  3. ^ Lefort, A.; Russell, P.; Thomas, N. Scalloped terrains in the Peneus and Amphitrites Paterae region of Mars as observed by HiRISE. Icarus. 2009, 205 (1): 259–268. Bibcode:2010Icar..205..259L. doi:10.1016/j.icarus.2009.06.005. 
  4. ^ Zanetti, M., Hiesinger,H., Reiss, D., Hauber, E. and Neukum, G. (2009), "Scalloped Depression Development on Malea Planum and the Southern Wall of the Hellas Basin, Mars" （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, 40th Lunar and Planetary Science Conference, abstract 2178
  5. ^ HiRISE | Pitted Landforms in Southern Hellas Planitia (ESP_038821_1235). [2021-08-11]. （原始內容存檔於2017-11-07）. 
  6. ^ Scalloped Topography in Peneus Patera Crater. HiRISE Operations Center. 2007-02-28 [2014-11-24]. （原始內容存檔於2016-10-01）. 
  7. ^ 7.0 7.1 Dundas, C.; Bryrne, S.; McEwen, A. Modeling the development of martian sublimation thermokarst landforms. Icarus. 2015, 262: 154–169 [2021-08-11]. Bibcode:2015Icar..262..154D. doi:10.1016/j.icarus.2015.07.033. （原始內容存檔於2021-08-11）. 
  8. ^ Smith, P.; et al. H2O at the Phoenix landing site. Science. 2009, 325 (5936): 58–61. Bibcode:2009Sci...325...58S. PMID 19574383. doi:10.1126/science.1172339. 
  9. ^ Mellon, M.; et al. Ground ice at the Phoenix landing site: Stability state and origin. J. Geophys. Res. 2009, 114 (53): E00E07. Bibcode:2009JGRE..114.0E07M. doi:10.1029/2009JE003417  . 
  10. ^ Cull, S; et al. Compositions of subsurface ices at the Mars Phoenix landing site. Geophys. Res. Lett. 2010, 37 (24): L24203 [2021-08-11]. Bibcode:2010GeoRL..3724203C. doi:10.1029/2010GL045372. （原始內容存檔於2021-08-11）. 
  11. ^ Seu, R.; et al. SHARAD sounding radar on the Mars Reconnaissance Orbiter. J. Geophys. Res. 2007, 112 (E5): E05S05. Bibcode:2007JGRE..112.5S05S. doi:10.1029/2006JE002745. 
  12. ^ Stuurman, C., et al. 2016. SHARAD reflectors in Utopia Planitia, SHARAD detection and characterization of subsurface water ice deposits in Utopia Planitia, Mars. Geophysical Research Letters, Volume 43, Issue 18, 28 September 2016, Pages 9484–9491.
  13. ^ Soare, R., et al. 2016. Ice-rich (periglacial) vs icy (glacial) depressions in the Argyre region, Mars: a proposed cold-climate dichotomy of landforms: 282, 70-83.
  14. ^ Sejourne, A.; et al. Evidence of an eolian ice-rich and stratified permafrost in Utopia Planitia, Mars. Icarus. 2012, 60 (1): 248–254. Bibcode:2012P&SS...60..248S. doi:10.1016/j.pss.2011.09.004. 
  15. ^ Scalloped Depressions with Layers in the Northern Plains. HiRISE Operations Center. 2007-02-28 [2014-11-24]. （原始內容存檔於2016-03-05）. 
  16. ^ Staff. Scalloped Terrain Led to Finding of Buried Ice on Mars. NASA. November 22, 2016 [November 23, 2016]. （原始內容存檔於2018-12-26）. 
  17. ^ Lake of frozen water the size of New Mexico found on Mars – NASA. The Register. November 22, 2016 [November 23, 2016]. （原始內容存檔於2018-12-26）. 
  18. ^ Mars Ice Deposit Holds as Much Water as Lake Superior. NASA. November 22, 2016 [November 23, 2016]. （原始內容存檔於2018-12-26）. 
  19. ^ Stuurman, C., et al. 2014. "Sharad reflectors in Utopia Planitia, Mars consistent with widespread, thick subsurface ice". 45th Lunar and Planetary Science Conference.
  20. ^ Bramson, A, et al. 2015. Widespread excess ice in Arcadia Planitia, Mars. Geophysical Research Letters: 42, 6566-6574
  21. ^ Archived copy. [2016-11-29]. （原始內容存檔於2016-11-30）. 
  22. ^ Stuurman, C., et al. 2016. SHARAD detection and characterization of subsurface water ice deposits in Utopia Planitia, Mars. Geophysical Research Letters: 43, 9484_9491.
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