最大的火星地貌（24萬平方公裡的柴達木盆地）

2023-06-30 16:46:33

7月23日，我國首次火星探測任務「天問一號」探測器點火升空。火星是離太陽第四近的行星，與地球鄰近且環境最為相似，是人類走出地月系統開展深空探測的首選目標。

由於距離遙遠，科學家一直在地球上尋找類火星環境進行研究工作。我國的柴達木盆地是地球上最大的類火星環境，對其進行的科學考察則能為世人矚目的火星探測提供極為重要的類比資料。柴達木與火星有何相似之處？它對火星研究領域有哪些重要意義？

▲科考車在柴達木盆地的鹽灘環境留下車轍印，這裡土質疏鬆，地表多為強風吹走細小沙塵顆粒之後留下的礫石。攝影/李一良

太陽系八大行星之一的火星，距離地球2.25億公裡，是離地球最近的行星，也是太陽系中與地球最為相似的行星。它的自轉軸傾角、自轉周期均與地球相近，平均火星日為24小時39分35.244秒，公轉一周約為地球公轉時間的兩倍。

在40億年前，火星是一個溼潤、溫暖，且擁有濃厚大氣層的星球。它的巖石圈、水和大氣之間的相互作用在地表形成了河流、湖泊和地表沉積物。在演化的早期，火星對生命是一個宜居的環境，科學家甚至不能排除現在火星的深部土壤環境仍然有生命存在的可能性——火星有可能曾經孕育過生命，有可能現在還有生命，還有可能未來能孕育生命。

▲這是1998年使用1000張海盜號衛星照片製作的火星全景照，在赤道附近，巨大的水手峽谷清晰可見。圖源/ NASA/JPL-Caltech/USGS

後來，火星的氣候由溫暖轉為乾冷，湖泊河流消失，大規模風成地貌形成。與此同時，火星上還有火山活動，並且曾受到隕石撞擊。因此，它的表面發育了地球上幾乎所有類型的地貌，包括火山地貌、冰川地貌、風沙地貌、流水地貌、斷陷峽谷以及撞擊坑等。

無論是宜居條件、氣候變化還是地形地貌，火星與地球都有相似之處。如果要探索地外文明，火星會是人類的第一站，而在地球上的類火星環境，是火星研究的重要參考。

▲這是298公裡直徑的牛頓小行星撞擊坑內部一個小型衝擊坑北部坑壁上的衝溝，衝溝的形成可能與水、泥石流有關。圖源/ NASA/JPL-Caltech/MSSS

目前，行星科學家已經在地球上建立了30多個相似性研究基地，從兩極到赤道地區都有分布，例如智利的阿塔卡馬沙漠，作為極端乾旱區域，與火星的氣候條件十分相似；南極麥克默多幹谷，寒冷乾燥的環境，類比火星上的極端永凍土；西班牙力拓河（即紅酒河），以酸性環境開展極端微生物生存環境模擬研究……但是從氣候到地貌上看，中國的柴達木盆地是最具有代表性的類火星環境。

與風沙活動有關的沙丘和雅丹地貌，是柴達木盆地類火星環境的重要特徵之一。供圖/圖蟲創意

柴達木盆地位於青海省西北部，青藏高原東北部，主要分布在青海省海西蒙古族藏族自治州境內，西北抵阿爾金山脈；西南至崑崙山脈；東北到祁連山脈，面積約24萬平方公裡，是中國三大內陸盆地之一，屬於封閉性的巨大山間斷陷盆地。

大約在5億年前，這裡還是古海的一部分。由於古板塊的俯衝和碰撞作用，南部的崑崙山、東北的祁連山和北部的阿爾金山相繼隆起，柴達木便在2億年前成為內陸盆地，並且在大約2300萬年前形成一個高原大湖。

柴達木盆地西部的一個正在走向乾涸的鹽湖，完美展現了鹽灘、鹽結晶與鹽湖的中心環狀分布。供圖/圖蟲創意

周邊隆起的大山阻擋了柴達木盆地接受外來水汽的滋潤，形成了極端乾旱的氣候環境——盆地內部的年降水量長期少於50毫米，而盆地的西部更是低至14毫米。原本的大湖逐漸蒸發消失，風取代了水成為了柴達木地表形態的塑造者，形成了豐富、獨特的地形和地貌特徵。

從溼潤的宜居之地到極度乾旱的荒漠，火星與柴達木盆地的演化過程何其相似，因此兩者的環境也有著驚人的相似之處。

▲柴達木盆地的寂靜和乾旱，與火星環境高度相似，有時候，只有天上的雲才能提醒人們這裡還屬於地球。攝影/李一良

乾旱的地表和雅丹群是火星景觀的突出特點，這一特點在柴達木盆地也十分明顯。雅丹是極度乾旱環境下以風為主要風化、侵蝕營力的地貌。在陽光的作用下，火星上稀薄的大氣受熱不均勻，熱空氣上升，冷空氣下降，於是形成了風。在風力較大的地方，沙粒磨蝕巖層，形成了大量的雅丹地貌。

柴達木盆地的雅丹地貌同樣由風造就。西風從阿爾金山北側積蓄到一定強度後，通過茫崖、冷湖一帶進入，強烈的狹管效應進一步增強了這裡的風力。據統計，冷湖、茫崖一帶風速大於每秒5米的大風日數，每年可達289天至318天，而8級以上的大風日，年均高達110天。盛行的西北風對乾旱的地表進行強力的雕鑿與刻蝕，從而形成了2.24萬平方公裡的風蝕殘丘，是中國最大的雅丹地貌分布區。乾旱、蒼涼的大地上矗立著龜背形、槽壟形、圓丘形、立柱形等各種形態的雅丹景觀，與火星的地表可以說是難分彼此。

▲柴達木盆地西部廣泛分布的雅丹地貌區裡，常能見到演化到晚期的的雅丹地貌，與火星上的雅丹地貌十分相似。攝影/楊勇

風塑造了雅丹地貌，也吹起了塵埃。由於火星與柴達木盆地同樣是極度乾旱的環境，有著乾燥、疏鬆、細粒的土壤，當大風吹過，在地表就會留下長長的拖尾——風吹痕由此形成。2003年，火星奧德賽號搭載的熱發射成像系統在火星的南緯6.3°，東經14.1°拍攝到巨大的風吹痕，在柴達木盆地的西北部邊緣沙丘也有類似現象。

▲在柴達木盆地的西北部邊緣地區，由於常年颳風，在乾燥的土壤表面形成了風吹痕，與火星上的痕跡十分相似。攝影/李一良

同時，火星盛行沙塵暴和小型龍捲風，在荒漠環境中常常捲起塵埃，被科學家稱為「塵魔」，是火星地表塵埃進入大氣的主要途徑。而柴達木盆地在夏季時，地表溫度高達45℃以上，大氣溫度卻在22℃以下，這樣的溫差使得小型的龍捲風頻繁發生，在乾燥的沙地上形成了此起彼伏的塵魔。

▲2016年，機遇號前往努德森嶺，用巡視相機拍攝到火星上的塵魔。圖源/ NASA/JPL-Caltech/Arizona State University

一直以來，科學家都在探索著火星上是否還存在液態水這個問題。過去的火星曾經分布著河流湖泊，人們推斷，隨著氣候向極度乾旱的轉變，在水蒸發的過程中，火星的湖泊逐漸演變成鹽湖，最後形成了廣袤的鹽灘。傑若羅火山口盆地，就被推論是一個古鹽湖盆地。

在柴達木盆地，鹽湖與鹽灘也是常見的景觀。這裡的年蒸發量高達2000毫米以上，在漫長的歲月裡，大大小小的鹹水湖湖水被不斷蒸發，析出的鹽粒平整地分布在湖底，逐漸成為了鹽湖，例如茶卡鹽湖、察爾汗鹽湖、西臺吉乃爾和東臺吉乃爾。當鹽湖表面的滷水越來越少，就會形成鹽灘，例如昆特依鹽灘、察汗斯拉圖鹽灘和一裡坪鹽灘。

柴達木盆地在特定的地質演化和地理環境中，形成了巨大鹽類礦藏，呈現了眾多鹽湖景觀。供圖/圖蟲創意

此外，1972年，科學家們通過深空探測器「水手9號」發現了在火星表面的乾涸河道，隨後又陸續發現了火星表面存在乾涸河床、三角洲、衝積扇等大量的流水地貌。

柴達木盆地周邊圍繞著崑崙山、祁連山和阿爾金山，在春夏時節，這些山脈的冰川融化形成水流，一路沿山而下形成河流，並在山腳形成了衝積扇。隨後河流在柴達木盆地的荒漠肆意流淌，構成了縱橫的辮狀水系；而到了秋冬時節，氣溫下降使冰川融水減少，河流斷流後就形成了大面積的乾涸河道。

從空中看去，祁連山山前平原開闊，衝積扇一個接著一個，相互連接重疊。攝影/王琛

從溼潤到乾旱的演化過程，從雅丹地貌到塵魔現象，從古鹽湖到鹽灘的形成，柴達木盆地都與火星高度相似。而且極端的氣候環境致使這裡成為了無人區，生命在此十分罕見，可以說這裡是地球上最像火星的地方。

對於科學家來說，柴達木盆地是一個難得的火星環境類比研究對象，他們將盆地西邊老茫崖沿315國道往東30公裡到鹼山的廣大地區命名為「火星谷」。這裡的南北跨度達160公裡，以鹽灘和雅丹為主要地貌特徵，適合開展火星環境演化和氣候變遷等研究。

柴達木盆地西部有著令人嘆為觀止的風蝕地貌，冷峻蒼涼讓人有穿越火星的感覺。－供圖/圖蟲創意

在2020年，美國、中國和歐洲太空局都會發射新的火星車到其表面採樣並最終將樣品帶回地球，以最終確定火星上是否存在過生命、是否還存在生命。在登陸計劃的前期工作中，火星車的設計是重中之重。面對火星上極端乾旱、塵魔頻發的環境，柴達木盆地能夠為火星車的安全著陸和運行提供優質的機械測試場所。

從科學研究的角度來看，科學家們可以通過對比柴達木和火星在內部與表面各方面的相似性，了解太陽系乃至整個宇宙的組成、演化和宜居性。例如在火星和柴達木盆地都有雅丹群，形成原因雷同，由此可以從柴達木的地貌推演出火星上的地層分布規律和氣候規律。

▲美國國家宇航局研製的好奇號火星車，在火星蓋爾隕石坑內發現了富含礦物鹽的沉積物，表明坑內曾有鹽水湖。圖源/NASA

在2020年7月15日至8月15日期間，阿聯的「希望」號火星項目、中國的「天問一號」計劃、美國的「火星2020」計劃相繼發射，掀起了人類對火星的探測熱潮。但是在目前的科技條件下，人類正式登陸火星的日子仍是未知之數。

7月23日，中國「天問一號」火星探測器成功升空，開啟中國首次自主火星探測任務。圖源/國家航天局

火星很遠，但是柴達木很近。2019年3月，中國首個火星模擬基地在柴達木盆地茫崖市冷湖地區建成。在這裡，火星營地設計成全封閉式的火星太空艙，可以提供完整的「火星登陸」體驗。雨果獎獲得者、科幻作家劉慈欣曾說：「第一次到冷湖時，毫不懷疑自己真的置身火星的環境中。」

火星營地所在的俄博梁，是中國面積最大的雅丹地貌群——-柴達木雅丹地貌群的一部分，遠遠望去，一大片雅丹景觀猶如雕塑般矗立，這裡的戈壁灘荒涼無垠，人在其中穿越，猶如置身於火星地帶，陌生與孤寂。

▲2019年3月，冷湖火星營地投入使用。這裡常年寒冷多風，少雨乾旱，晝夜溫差大，還有著規模宏大的雅丹地貌，與火星環境相似。供圖/圖蟲創意

與這個火星地帶類似的還有「火星1號公路」，起點在G315國道953公裡和954公裡路牌之間，終點是冷湖的5號石油基地遺址,全程88公裡，是無人區鹽鹼荒漠上唯一的土石路。

這裡號稱是柴達木盆地最壯麗的雅丹景觀走廊，地表為沙漠化的鹽殼地表，除了密集的雅丹地貌，全程看不到一寸草木，也見不到任何動物。千百萬年來強風剝蝕下，地面形成深淺不一的溝壑，裸露的巖層垛堞分明，出現了平頂方山狀雅丹、鋸齒形雅丹、角錐丘雅丹、烽燧型雅丹……

在柴達木盆地的無人區裡，公路延綿通向遠方，沿途寂靜荒涼。供圖/圖蟲創意

但是「類火星地貌」並不是柴達木唯一的景色。崑崙山、祁連山在夏季的冰雪融水，為這個乾旱的盆地增添了許多瑰麗景色。從崑崙山脈中段北坡冰川發源的那陵格勒河匯入到西柴達木的東臺和西臺吉乃爾湖，將東臺湖區岸邊的雅丹地貌淹沒了一部分，從而形成了特有的水上雅丹景觀，這就是烏素特雅丹地質公園。湛藍的湖面上，大大小小的風蝕殘丘「破水而出」，高度從幾米到一百餘米不等，不斷變幻出長壟狀、鯨背狀，柱狀、牆狀，極其壯美。

鹽湖與雅丹地貌相遇，構成了世界上發現最早的一處水上雅丹景觀。供圖/圖蟲創意

當水遇見鹽灘，則形成了另一種風景。祁連山脈西端支脈——柴達木山的冰雪融水就誕育了美麗的大柴旦湖。這裡原來是幹鹽灘，地下有各種鹽類的結晶，當地下水或其他補給水出現，溶解了幹鹽灘中結晶的鹽類，就會形成一處處各式各樣的坑窪，構成了大大小小互不相連的水面，深藍淺綠色彩繽紛，而最廣闊的水面為碧藍色，猶如翡翠般璀璨，因此當地人又稱其為「翡翠湖」。

大柴旦湖的水面藍綠交錯，猶如上天落下的翡翠，撒在柴達木的蒼茫大地上，美得攝人心魄。供圖/圖蟲創意

這就是柴達木盆地的奇妙之處——它一半是荒蕪乾旱，被稱為地球上最像火星的地方；一半是水光瀲灩，帶來了無比瑰麗的鹽湖景觀。這樣的景觀，讓人不禁遐想——假設火星上也有水，它的未來是不是也和柴達木一樣多姿多彩？

▲2004年，勇氣號在火星「丈夫山」附近拍攝照片，火星表面可以看到巖石受風化後產生的碎屑物質，荒漠景觀與柴達木盆地的西部十分相似。圖源/NASA/JPL-Caltech/Cornell

參考資料

·李一良.火星PK 柴達木盆地 火星上是否有生命似可在柴達木盆地找到線索[J].

中國國家地理繁體版,2020,(07):16-41.

·大志 ，楊勇.在冷湖發現雅丹極品 探秘柴達木盆地雅丹群[J].中國國家地理,2017,(12):46-35.

·劉紅英, 董治寶 .柴達木盆地雅丹形態特徵及成因[J].中國沙漠,2019,39(003):214-220.

·范曉.《青藏天盆 星外海西》

http://www.dili360.com/article/p5b1e3a8fdba6f09.htm

·中國科學院青海鹽湖研究所.《柴達木盆地》

http://www.isl.cas.cn/kxcb/kpwz/200908/t20090804_2316975.html

·新華社客戶端. 想要「登陸」火星？先來探秘青海這座「火星小鎮」吧

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1673057834482303663&wfr=spider&for=pc

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