2026年科普大赛一等奖|地球会“喷泥”，火星也可能有？

——泥火山背后的地下世界

1引言

　　火星，一颗干燥、寒冷、荒凉的红色星球，然而，在这片看似平静的土地上，科学家们发现了大量奇特的锥状地貌，它们不像普通火山，没有熔岩流，也没有火山口，却与地球上的泥火山有着惊人的相似之处。这些火星上的“小山丘”，可能记录着远古地下水活动的秘密。

图 1火星真实彩色影像（来源ESA / DLR / FU Berlin – Mars Express HRSC Global Colour Mosaic）

图 2 火星全球影像图（来源：国家航天局）

图 3火星乌托邦平原中的可能泥火山（来源：NASA/JPL-Caltech/University of Arizona）

2.地球上的泥火山是什么？

　　“火山”，在我们的脑海里面常常会浮现出岩浆喷发、炽热的熔岩流和浓厚的火山灰。但是，在地球上还有一类特殊的“火山”，它们并不喷出岩浆，而是喷出泥浆，水和气体，这就是“泥火山”（mud volcano）。

图 4夏威夷基拉韦厄火山喷发，显示岩浆喷出和熔岩流过程。（来源：USGS/Wikimedia Commons）

　　首先，二者在形成上有本质区别，岩浆火山的动力来自于地球深部高温熔融岩石的上升，而泥火山则是地下沉积物、流体和气体的共同作用。当地下泥质沉积物受到压力挤压，同时伴随着地下水、天然气等流体活动时，这些物质可能通过裂隙向上运移，当压力超过上覆岩层阻挡能力时，泥浆和气体会喷出地表，逐渐形成锥状或丘状地貌。

　　泥火山通常发育在沉积盆地等区域，因为这些地方长期积累大量泥质沉积物，同时地下容易保存水和气体，例如石油天然气丰富的地方往往也是泥火山发育的重要地区，泥火山不仅是奇特的地貌现象，也是一个“天然窗口”，帮助科学家了解地下流体活动、沉积环境以及深部物质循环过程。世界上最著名的泥火山聚集区域是阿塞拜疆，这里拥有世界上最密集的陆上泥火山群落，被称为“泥火山之国”。在我国新疆准噶尔盆地也广泛发育，例如独山子泥火山群和白杨沟泥火山群。

图 5地球上的泥火山（阿塞拜疆戈布斯坦）。图片来源： Wikimedia Commons

图 6火星阿西达利亚平原中的锥状地貌， 可能由地下泥浆喷出形成（来源NASA/JPL-Caltech/University of Arizona）

图 7地球泥火山形成示意图，红色代表断裂带[1]

3.火星为什么会有泥火山？

　　既然地球上泥火山需要地下沉积物、流体和气体活动，那么在今天寒冷干燥的火星上，为什么科学家仍然会寻找类似的地貌呢？

　　答案就藏在火星漫长的演化历史中，今天的火星表面虽然荒凉，大量探测数据表明，远古时期的火星曾经拥有活跃的水环境，数十亿年前，火星表面可能存在河流，湖泊甚至海洋。我国祝融号火星车在乌托邦平原南部发现了疑似海相沉积岩，支持了古海洋假说。除了地貌证据，火星表面的矿物也保存着水活动留下的痕迹。例如，粘土矿物通常形成于水与岩石长期互相作用的环境。

图 8祝融号拍摄的典型浅海沉积结构的岩石（Sol 50-8）[2]

　　随着火星气候逐渐转冷，大量地表水消逝，但这并不意味着所有水都离开火星。科学家认为，一部分水可能以冰的形式保存于地下，尤其是在中高纬度地区及地下浅层。当地质条件发生变化时，例如火山活动、撞击事件或内部热量变化时，地下冰可能发生局部熔融，形成短暂流体，与此同时，火星北方低地广泛分布泥质沉积物受到压力作用，并且存在地下流体时，就可能发生类似地球泥火山的运移过程，即泥质沉积物沿裂隙或者通道向上运移，最终在地表形成圆锥或者丘状地貌。

　　因此，科学家们提出，火星上一些特殊的小型锥状地貌，可能并不是普通的火山构造，而是与地下流体活动相关的“泥火山”。它们或许记录了火星地下水活动，沉积环境及气候变化的重要信息。

图 9乌托邦平原南部泥火山形成阶段示意图[3]

4.科学家如何判断它们是不是泥火山

　　遥远的火星上，科学家无法像研究地球泥火山一样采集样品。那么，如何判断火星上的小山丘是否与泥火山有关呢？答案是依靠来自轨道探测器和火星车的多种科学侦察工具。

　　首先是高分辨率影像。火星轨道探测器如天问一号搭载的相机，获取了大量高清影像，让科学家能够看清地表十几米的地物特征，一些火星北部低地的锥状地貌，呈现出与地球泥火山相似的形态特征：圆形或椭圆形的底部轮廓；中央凹陷结构，锥体或孤立或成群分布；

　　其次是地形数据。科学家通过火星表面的数字高程模型（DEM）获得锥状地貌的高度，坡度以及完整的三维形态。这些参数能够帮助科学家比较火星锥体和地球类似物的差异；

图 10基于高程数据的凹锥形貌测量方法[3]

　　探地雷达数据。我国天问一号携带的祝融火星车着陆乌托邦平原南部，并利用探地雷达开展地下探测，可帮助科学家寻找地下沉积层，可能存在的冰层以及古水活动留下的地层结构。对于火星泥火山研究来说，这些极为重要。

图 11祝融号探地雷达数据显示的地下层状结构[4]

5.为什么研究火星泥火山重要？

　　火星泥火山，不仅是一种奇特地貌，更可能保存着火星过去环境变化的重要信息。在寻找地外生命痕迹时，科学家并不是简单关注“有没有水”，而是一个环境是否具备支持生命存在的条件：水，能量来源和适合生命化学反应的物质。火星泥火山如果确实与地下流体相关，那么它可能代表过去火星地下存在水-泥化学反应的区域，此外地下稳定的环境避免宇宙辐射和其他破环，更有可能保存远古环境信息。

　　今天的火星荒芜，死寂，但那些分布在平原上的锥体，可能仍然保存着数十亿年前火星地下世界的秘密，从地球泥火山到火星锥体，人类正在通过遥感探测，火星车巡视和即将到来的天问三号采样返回任务，一步步揭开地球邻居的历史。或许，在火星表面不起眼的一座“小山丘”中，就藏着关于水甚至生命痕迹的答案。

参考文献

[1] BROŽ P, OEHLER D, MAZZINI A, 等. An overview of sedimentary volcanism on M-ars[J/OL]. Earth Surface Dynamics, 2023, 11(4): 633-661[2026-06-02]. https://esurf.copernicus.org/articles/11/633/2023/. DOI:10.5194/esurf-11-633-2023.

[2] XIAO L, HUANG J, KUSKY T, 等. 9-Evidence for marine sedimentary rocks in utopi-a planitia: Zhurong rover observations[J/OL]. NATIONAL SCIENCE REVIEW, 2023, 10(9)[2023-06-19]. http://dx.doi.org/10.1093/nsr/nwad137. DOI:10.1093/nsr/nwad137.

[3] WANG L, ZHAO J, HUANG J, 等. An explosive mud volcano origin for the pitted cones in southern Utopia Planitia, Mars[J/OL]. Science China Earth Sciences, 2023, 66(9): 2045-2056[2026-05-11]. https://link.springer.com/10.1007/s11430-022-1119-1. DOI:10.1007/s11430-022-1119-1.

[4] LI C, ZHENG Y, WANG X, 等. Layered subsurface in Utopia Basin of Mars reveale-d by Zhurong rover radar[J/OL]. Nature, 2022, 610(7931): 308-312[2024-10-26]. -http://dx.doi.org/10.1038/s41586-022-05147-5. DOI:10.1038/s41586-022-05147-5.