地球和火星上的火山渣锥

一张向下俯视的卫星图像显示，亚利桑那州旧金山火山场内有几个红色的火山渣锥。火山渣球看起来像带有圆形通风口的小山丘。一个颜色较深的锥体称为SP陨石坑，其向北延伸出黑色熔岩流。2025年6月19日（地球）

一张向下俯视的卫星图像显示，火星尤利西斯·科尔斯火山区内有几个火山渣锥。这些锥体看起来像小山丘，背景是熔岩流、圆形撞击坑和被称为陷落的线性地貌。地形呈红色。2014年5月7日（火星）

（神秘的地球uux.cn）据美国国家航空航天局：自20世纪70年代以来，行星地质学家就知道火山地貌覆盖了火星的大片区域。早期的水手9号图像显示出巨大的盾状火山和熔岩平原，规模远超地球上。太阳系中最高的火山奥林匹斯山，几乎是珠穆朗玛峰的三倍。阿尔巴蒙斯是地球上最宽的火山，其长度相当于美国本土的长度。

奥林匹斯山和阿尔巴山主要由玄武岩喷发形成——相对平静的“流动”熔岩喷发，形成片状散布在地表。这被认为是火星上最常见的火山活动类型，涵盖了其绝大多数火山地貌。然而，有一小部分是由形成火山锥、火山碎屑流和火山灰降的爆炸性火山活动产生的。

火星上缺乏爆炸性火山特征长期以来一直困扰着地质学家。捷克科学院行星地质学家彼得·布罗日表示，火星上大气平均压力是地球的160倍，且重力仅为三分之一，理论上爆炸性喷发应更容易发生。这种稀有性正是火星尤利西斯科勒斯地区火山锥（如上图所示）等地貌特征对行星地质学家如此吸引人的原因之一。

“它们看起来像是火山渣锥——明显是爆炸性火山活动的迹象，”布罗日补充道。“它们是2010年代在塔尔西斯地区首次被确认的火山，帮助描绘了火星火山活动更广泛、更完整的图景。”

美国宇航局火星侦察轨道器上的CTX（情境相机）于2014年5月7日拍摄了尤利西斯·科尔斯的这张照片（上图第二张）。尤利西斯·科莱斯位于尤利西斯火山区的南缘，这是塔尔西斯火山区内一组槽。

2025年6月19日，Landsat 8上的OLI（运行陆地成像仪）在亚利桑那州北部的旧金山火山场（SFVF）拍摄到了一张具有类似锥体的图像（见上图）。行星地质学家认为这两个位置的锥体高度相似。这两张照片还包含了地陷盆——向下移动的线状地壳块。

在两张图像中，火山渣锥呈现为顶部带有圆形通风口的圆形山丘，而熔岩流则在锥体基部周围以暗色、有纹理的区域向外扩散。在这两个地点，似乎较年轻且较小的熔岩流似乎从部分锥体中溢出，而较古老、风化的熔岩流则位于背景。

左侧对SP陨石坑的近距离观察，可以看到火山渣锥北缘延伸出一条长而深色的熔岩流。在两个点，流动流入图像左侧的线性特征，称为地陷。图像与火星上一个火山渣锥相似但更红的图像（右侧）配对，火山渣锥向北延伸出更为风化的熔岩流。

NASA火山学家帕特里克·惠利说：“了解地球上的相似特征有助于我们知道在火星上该寻找什么，并解读那些我们无法直接观测到的过程。”他是一个开发月球和火星实地设备和技术团队的一员。

SP陨石坑（左上图）位于亚利桑那州旧金山火山区，拥有一条长达7公里的熔岩流，向北延伸，曾被NASA宇航员地质训练所用。在两个地方，水流汇入了一个断裂槽，形成了左侧独特的半月形图案。

在地球上，当富含气体的岩浆高高升起并凝固成称为火山渣的小颗粒，这些物质在陡峭的结构中积累时形成。虽然地球和火星上形成的锥状细胞过程相似，但存在重要差异。弗林说，火星的火山渣锥通常更高、更宽，坡度也更缓。这说得通。在较低重力和大气压下，火山喷泉可以将喷发的岩浆抛射到更高更远的火山口，从而产生更大的火山锥。

地球上的火山渣锥远多于地球，地球上有数以万计的火山锥，约占陆地火山的90%。布罗兹说，关于火星，“我们只确定了几十到几百名候选人。”他补充说，火星上可能从未出现过爆炸性火山活动，或者曾经存在，但爆炸性特征被年轻的喷涌熔岩掩盖或被侵蚀破坏。

惠利指出，在火星上，尚不清楚是火星熔岩流还是火山渣锥先形成。熔岩流可能更古老，锥体形成在顶部。或者，锥体可能是先形成，后来被堵塞，导致熔岩从侧面溢出。他说，确定事件顺序是行星地质学家在远程研究火星特征时试图解决的“地质学难题”之一。“参观旧金山火山区等地，近距离研究地球上类似地貌的地质，有助于我们在解读火星地质时寻找哪些线索。”

下方（左）是地球上一个名为日落陨石坑的火山口火山锥的近距离视角。它大约在800年前喷发，是旧金山火山带中最年轻的火山渣锥。相比之下，尤利西斯·科尔斯（右）中的类似锥体被认为已有数十亿年历史。

近距离观察可以看到地球上的日落陨石坑，一个火山渣锥（左），火星上一个无名的火山渣锥（右），周围有纹理状的熔岩流。一条绕过日落火山口的道路清晰可见。火星上的火山渣锥比地球上的类似锥体宽几公里。

匹兹堡大学行星地质学家伊恩·弗林表示，形成火山渣锥的喷发通常“轻微爆炸性”，通常是斯特龙博利式事件，特点是间歇性熔岩喷泉。他补充说，这些火山不同于南太平洋洪加汤加-洪加哈阿派的爆炸性喷发，后者将火山灰柱腾空数十公里。

火星还显示出高度爆炸性的“超级喷发”证据，但这种喷发会留下不同的地质特征：称为paterae的大洼地，以及宽广薄薄的火山灰和其他可侵蚀物质沉积，这些沉积物被雕刻成如yardangs等地貌。

布罗日说，行星比较对于理解遥远世界的地质非常有价值。没有这样的比较，就很难确定其他行星或卫星上的陆地形态是如何形成的。

但谨慎至关重要。“在行星科学中，人们常说——半开玩笑地说——即使某物看起来像鸭子，行为像鸭子，声音也像鸭子，但它实际上可能并不是鸭子，”他补充道。例如，很容易将火山渣锥与泥火山混淆。

研究人员非常有信心，尤利西斯·科尔斯锥是通过爆炸性火山活动形成的，基于周围的火山地貌，但在更模糊的地形中，判断可能较为困难。他警告说，火星与地球本质上不同。例如，布罗日的实验室研究表明，火星上的泥流看起来与某些类型的熔岩流非常相似，在特定条件下，泥流甚至可能沸腾悬浮。“我们也必须避免被地球经验所束缚，”他说。“如果我们不跳出框架思考，可能会错过重要的可能性。”

NASA地球观测站的Lauren Dauphin拍摄的图像，使用了美国地质调查局的Landsat数据和火星侦察轨道器的CTX数据。 故事作者：亚当·沃兰。