本文发表于《大众科学》的前博客网络,仅反映作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点。
"任何对地貌有眼光的人,在白天穿越华盛顿州东部时,都会遇到并被“scabland(疮痂地)”所震撼。这些裸露的黑色岩石,像高原上美丽面庞上的巨大伤疤一样,被雕刻成孤丘和峡谷的迷宫。高原上的每个人都知道疮痂地……[]……这个俗名是一个隐喻。疮痂地是尚未完全愈合的伤口——自然用土壤表皮保护下层岩石的巨大伤口……[]……这个地区是独一无二的:让观察者插上晨曦的翅膀,飞到地球的最远端:他将无处寻觅到与之相似的地方。"
地质学家J Harlen Bretz(1882-1981)在1928年写道,当时所述的河道疮痂地貌的成因仍然是一个谜,这些地貌位于哥伦比亚高原。
1838年,牧师Samuel Parker将疮痂地貌解释为哥伦比亚河的化石河谷。1882年,中尉T.W. Symons(他带领一支地形测量队进入该地区)提出,哥伦比亚河在遥远的过去改变了方向,被一个巨大的冰坝所阻挡,如今已消失。河流或冰川成因的疮痂地貌得到了景观中保存的各种证据的支持——深切的峡谷和侵蚀的基岩、被流水磨光的悬崖、悬谷和广泛分布的漂砾。
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图1. Bristow, H.G. (1872) "路易斯·菲吉耶的洪水前的世界"。
然而,疮痂地貌的范围只能用一次非常大的洪水事件来解释。Bretz在1919年及随后的几年(1923年论文 - 1925年论文)中提出,水来自北美大陆内部,并沿着晚更新世哥伦比亚河的路径,但显著侵蚀和加深了以前的河床。Bretz设想了两种情景:冰河时代之后,劳伦泰德冰盾突然崩塌,释放出大量融水;或者火山爆发引发了灾难性的“jokulloup”(jokulhlaup,冰川洪水)。然而,没有证据表明加拿大地盾地区在晚更新世/早全新世存在火山活动,因此第一种情景被认为更合理。
这个假说引起了科学界的广泛兴趣和怀疑,1927年1月,华盛顿地质学会的会议讨论了“河道疮痂地貌和斯波坎洪水”。主要的批评集中在形成疮痂地貌的假设的短暂间隔以及所需的水量估计上,这些都无法用提出的机制来解释。
地质学家Joseph T. Pardee(1871-1960)早年发表的一些地质观测结果帮助解决了这个难题。Pardee已经绘制了一个从华盛顿州延伸到爱达荷州和蒙大拿州的巨大冰川湖的轮廓,他将其命名为米苏拉湖(实际上有许多湖泊,其中最大的两个是米苏拉湖和哥伦比亚湖/斯波坎湖)。劳伦泰德冰盾的融水可能在这些湖泊中积聚了数个世纪,直到冰坝破裂,在一次几乎是圣经般的洪水中释放出储存的水。
Bretz继续收集这些大洪水的地质证据,但直到1960-1970年之后,洪水假说才最终被科学界接受。在同一个十年里,关于大洪水的新证据——甚至比形成疮痂地貌的灾难性洪水还要大的洪水——来自一个意想不到的地方。
今天的火星是一个干燥寒冷的沙漠,水仅以固态形式存在于极地冰盖中,或隐藏在巨大的岩石冰川表面之下。1964年,水手4号探测器将火星表面的第一批图像发送回地球——后来的探测器提供了更多更详细的火星景观图像。令人惊讶的是,在火星上发现的许多特征类似于流水形成的景观——如峡谷、河床、三角洲、瀑布,甚至古代阶地,这些阶地在地球上沿湖岸形成。
图2. 火星(阿瑞斯峡谷和北卡塞谷)和地球上灾难性洪水的假设河道横截面(根据BAKER 2001)。
存在各种假说来解释火星上曾经存在如此大量的水。一种观点认为,在数十亿年前地球缓慢冷却的过程中,液态水被困在正在形成的永久冻土层中。这些水袋不时从地下挤出,形成巨大的、但临时的河流。另一种假说认为,间歇性的火山活动,也在最近的过去发生。在这些事件中,火山提供了大量的二氧化碳,引发了温室气候,但持续时间只有数百万年。最后,气候模型表明,火星的轨道变化可以引发冰河时代和较温暖的间冰期。在这些时期,太阳辐射的稳定增加从永久冻土层中释放出大量的二氧化碳,由此产生的温室效应加速了变暖效应。
然而,为了检验这些各种假说,从行星轨道上拍摄的图像是不够的,有必要研究火星的岩石。
参考文献
BAKER, V.R. (2001): 火星景观中的水。《自然》,412: 228-236
BURR, D.M.; CARLING, P.A. & BAKER, V.R. (2009): 地球和火星上的大洪水。剑桥大学出版社 - 纽约:319