運用地質(zhì)學(xué)原理和技術(shù)方法研究火星的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、成因及其演化的學(xué)科。從17世紀(jì)初期(1610年)伽利略·伽利萊第一個用望遠(yuǎn)鏡觀察研究火星以來，人類發(fā)射了一系列探測器對火星進行較系統(tǒng)的探測，特別是海盜 1、海盜 2、火星探路者和火星全球勘探者，對火星的大氣、地貌與地形、土壤與巖石、物理場與內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行了較全面的探測與研究。
基本信息
研究火星的表面特性、磁場、地質(zhì)構(gòu)造、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和演化歷史等問題的學(xué)科。
火星與太陽距離為1.52天文單位，火星的直徑平均值為6794公里，質(zhì)量為6.418×10克，密度為4.05克/厘米。磁場強度為地球的 0.1～0.2%。火星有兩顆衛(wèi)星──火衛(wèi)一和火衛(wèi)二，它們的反照率都很低，可能是由類似碳質(zhì)球粒隕石的物質(zhì)組成。
1962年以來，蘇聯(lián)發(fā)射的“火星”號系列探測器，對火星進行了探測，其中“火星”3號的登陸艙實現(xiàn)了軟著陸。1964年以來，美國發(fā)射的“水手”號系列和“海盜”號系列對火星進行了探測，從“水手”4號飛經(jīng)火星附近時拍攝的照片中發(fā)現(xiàn)火星表面有許多類似于月球上的環(huán)形山。所有這些探測，為火星地質(zhì)的研究提供了依據(jù)。還根據(jù)探測結(jié)果繪制了火星地質(zhì)圖。（見彩圖）
火星大氣火星有一層稀薄的大氣，它由CO2、少量的N2、Ar，和微量的O2、CO、水蒸氣、惰性氣體等組成（見行星大氣）。火星大氣的惰性氣體豐度與地球大氣相似，C/C和O/O同位素比值也類似于地球，但主要成分，以及N/N、Ar/Ar和Xe/Xe的同位素比值與地球值明顯不同，表明這兩顆行星的揮發(fā)性元素有不同的演化歷史。一般認(rèn)為，火山噴發(fā)和其他不太強烈的除氣作用是火星大氣和揮發(fā)物的主要來源。火星的氣溫低，內(nèi)部除氣排出的揮發(fā)物質(zhì)可冷凝保存于極地的冰冠或廣泛分散在永久凍結(jié)帶中，有些水呈現(xiàn)為土壤的結(jié)合水，土壤也可吸收大量的 CO2，加上火星質(zhì)量較地球小，氣體容易逃逸，結(jié)果導(dǎo)致火星大氣稀薄，大氣中的水蒸氣含量極低。
火星表面大氣的平均壓力約為 7.7毫巴。火星表面的平均風(fēng)速約為4.3米/秒，一般最低為1.1米/秒，最高為7.2米/秒，當(dāng)發(fā)生塵暴時，表面風(fēng)速可達(dá)44.5米/秒，強烈的塵暴對火星表面物質(zhì)的搬運起重要作用。塵暴激烈時可持續(xù)幾個月之久。
表面特征火星表面地形有如下特征：①南半球高，崎嶇不平。北半球低而平坦。②有許多大小不同的石隕石撞擊坑。坑的直徑一般為0.8～50公里，大的可達(dá)1600公里。③有大的火山盾、圓丘及火山錐。如奧林匹斯山火山盾的直徑達(dá)600公里，其頂部有火山口，由玄武巖構(gòu)成。火星表面的廣大地區(qū)覆蓋著大量的噴出巖，構(gòu)成火山平原、火山山脈及溝槽地形。④由強烈的構(gòu)造活動形成的構(gòu)造地塹。⑤峽谷和運河。⑥有高達(dá)2000米，延伸1000多公里的懸?guī)r和峭壁。⑦有與月海相似的大圓形盆地。⑧各式各樣的風(fēng)成沉積和砂丘。⑨極區(qū)冰川作用將碎屑物質(zhì)搬運至中緯度地區(qū)，形成冰川侵蝕地形。這些地質(zhì)地貌特征不僅反映了火星過去溫暖濕潤的氣候歷史，還為研究宜居環(huán)境、探尋潛在生命跡象及規(guī)劃未來火星基地選址提供了重要依據(jù)。根據(jù)火星探測的地質(zhì)分析，火星表面可劃分為密布石隕石撞擊坑的古老地區(qū)、相對年輕的火山平原區(qū)、巨大的火山地盾區(qū)及廣闊的沉積物區(qū)。
根據(jù)火星探測的地質(zhì)分析，火星表面可劃分為密布隕石撞擊坑的古老地區(qū)，比較年青的火山平原區(qū)，巨大的火山地盾及廣闊的沉積物區(qū)。
其他信息
表面物質(zhì)的成分兩個“海盜”號降落器著陸點附近有大量紅色細(xì)粒物質(zhì)并散布有角狀的巖石碎塊，其化學(xué)成分如表。火星土壤的主要元素是氧，其含量約占50%，硅為15～30%,鐵為15～16%,鋁為2～7%，鈣為3～8%及少量的鉀、磷、硫、氯、、鉻、鎂、鈷、、銅等。硫的含量(2.6～3.1%)比地殼的平均含量高1～2個數(shù)量級，鉀的含量低于0.25%，、、及鋯的含量比大多數(shù)地球火成巖低得多。火星土壤的化學(xué)成分以高鐵、中等的鎂、鈣及硫和較低的鋁為特征，它的化學(xué)組成并不代表原巖的成分，很可能是鎂鐵火成巖發(fā)生各種化學(xué)、風(fēng)化作用的產(chǎn)物，根據(jù)礦物成分的計算，火星土壤是80%的富鐵粘土，約10%的硫酸鎂，約5%的碳酸根及約5%的氧化鐵組成的混合物，該混合物的礦物組成相當(dāng)于59.1%的綠滑石、21.7%的蒙脫石、11.8%的水鎂礬、1%的石鹽，約0.5%的TiO2及5.9%的方解石。
內(nèi)部構(gòu)造火星約在46億年以前形成，之后分幽靈螳螂成Fe-FeS核，并有鉀進入硫化鐵中。由于K的衰變提供熱源，故在火星早期分異和形成核時并不要求高的初始溫度。按火星的密度和平衡凝聚模型估算，火星殼厚約為200公里，富鐵的硅酸鹽幔約為1200公里，平均火星核半徑約為1900公里，火星表面的熱流值為43爾格/（厘米·秒），熱歷史的計算表明，火星的巖漿及構(gòu)造活動在其演化的早期階段就開始了，但最強烈的活動期可能發(fā)生于最近20億年。
地質(zhì)演化火星表面特征的地質(zhì)解釋說明了以下的演化性質(zhì)：①火星形成后不久，分異形成火星殼、幔和核；②其表面受到強烈的石隕石轟擊并形成大量的環(huán)形坑；③強烈的火山作用和構(gòu)造活動形成玄武巖平原，之后上升，發(fā)育深大斷裂并受到侵蝕，開始形成火山盾；④中等程度的構(gòu)造和火山活動，風(fēng)和水的侵蝕作用并形成沉積物。目前火星在地質(zhì)上可能是寧靜的。
參考書目
T.A.Mutch, R.E.Arvidson, J.W.Head,Ⅲ,K.L.Jones,R.S.Saunders,The Geologу of Mars,Princeton Univ.Press,Princeton,New Jersey,1976.
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