火星爆烈式火山作用研究

The most similar terrestrial planet to the Earth is Mars. Volcanism is an important geologic process to build and modify crust, and it is one of most major goals of Mars exploration for the next decade. Systematic studies on explosive eruption are rare due to limitations of diversity and spacial resolution of previous remote sensing data as well as numerical modeling and computing capability. We plan to systematically study the distribution, geomorphology, eruption duration, physical and chemical properties of pyroclastic materials of explosive volcanoes on Mars, with imaging (THEMIS, HRSC, MOC, CTX, HiRISE), topographic (MOLA，HRSC, CTX, HiRISE DTM), spectral (THEMIS, TES, CRISM), and.gravity (MRO gravity field) data. In addition, we will investigate the physical properties of upper crust (<10 km), and improve eruption dynamic model of pyroclastic materials. This study will provide important additional clues to volcanism on Mars, and it will support the upcoming 2020 China Mars exploration mission.

目前已知的太阳系内与地球最为相似的天体是火星。火山作用是建造和改造地壳的重要地质作用，是未来十年火星探测最主要目标之一。受限于以往探测数据种类和分辨率的限制，以及计算机数值模拟方法和计算能力的限制，前人对于火星爆烈式喷发形式的火山作用的研究相对较少。本项目拟利用影像（THEMIS, HRSC, MOC, CTX, HiRISE）、地形（MOLA，HRSC, CTX和HiRISE DTM）、光谱（THEMIS, TES, CRISM）和重力（MRO重力场）数据，调查爆烈式火山形迹的地理分布、形貌特征、活动时限、喷发物的性质以及它们对于上部地壳 (<10 km)的组成的约束。在此基础上，改进火山碎屑物喷发动力模型。这对于完整认识火星的火山作用具有重要意义，并能为已经立项的中国2020火星探测任务提供支持。

本项目（1）以位于埃俄利斯（Aeolis）区域的西风穹丘（Zephyria Tholus）为研究对象，以近年来新获得的高分辨影像（THEMIS, HRSC, MOC, CTX, HiRISE）、地形（MOLA，HRSC, CTX和HiRISE DTM），对火山区开展了精细的形貌和年代学研究，强烈指示该火山是一座复式火山。这是火星表面复式火山为数不多的研究案例，为寻找新的复式火山提供了范例。本研究也能为后续火星热演化历史的研究以及早期岩浆中挥发分含量的限定提供重要线索；（2）面向我国首次火星探测任务“天问一号”的科学应用，对“祝融号”着陆点附近0.5°× 0.5°区域的地质特征进行了研究，识别了区域内主要的地貌类型；制作了研究区域的地质图，提出了着陆点附近可能的地层剖面，揭示了该区域的地质演化历史；（3）与爆裂式火山喷发密切相关的含氯盐沉积物在火星南部高原广泛分布。利用火星勘察轨道高分辨率相机（HiRISE）的图像详细分析了153处含氯盐沉积物表面发育的多边形地貌，发现它们的形貌可以分为三类：裂隙，隆升脊状和过度类型，代表了多期次的地下水活动。对火星低纬度一处含氯盐沉积物古老湖泊进行了详细的行星地质学分析，揭示了该区域复杂的沉积历史。这个古湖泊还具有重要的天体生物学意义，可以作为备选的未来火星着陆和采样返回任务的区域；（4）对月球南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑底部嫦娥四号预选着陆区进行了详细的地质分析，包括地形地貌，矿物成分特征和地层序列。利用嫦娥四号的就位探测数据，报道了着陆巡视区内发现的多种岩石类型，揭示了古老月壳的矿物成分和当地复杂的撞击演化历史；（5）初步构建了行星地图服务网站(planets.cug.edu.cn)，处理和可视化了丰富的火星和月球科学数据供科研，教学和科普使用，提供网页和GIS软件两种途径访问。