火星是深空探测的热点。人类不懈地探索火星，最主要的动力是期盼发现地球以外的生命，其基本逻辑是，火星表面的许多地形地貌特征，指示曾经有过水流，因而具有支持和孕育生命的基本条件。除了地形地貌特征之外，在火星上还探测到硫酸盐和碳酸盐等可能从水体中沉淀形成的蒸发盐类矿物，以及粘土等次生矿物。这些发现都进一步证明火星上确实存在过液态水。但是，现在的火星表面不存在液态水。不仅如此，还有一些研究认为，自30亿年前甚至更早以来，火星表面就已经变成现在这样极度寒冷和干旱。事实是否果真如此呢？人类开展了多方面的探索研究，除了代价高昂的深空探测之外，研究火星的另一条有效途径是在实验室对来自火星的样品（火星陨石）进行各种精细的分析测试。

　　中国科学院地质与地球物理研究所比较行星学学科组博士后胡森与合作导师林杨挺研究员等人借助该所的纳米离子探针，对在南极格罗夫山发现的两块火星陨石之一的GRV 020090火星陨石中的岩浆包裹体和磷灰石的水含量和H同位素组成进行分析。研究发现，该样品岩浆包裹体的水含量和H同位素具有非常好的对数相关性（图1），指示火星大气水交换的结果，从而推断火星大气的H同位素组成为5860±150‰，与美国“好奇号”火星探测器对火星土壤水最新的探测结果一致。此外，这些岩浆包裹体的水含量和D/H比值非常不均匀，二者都从中央向外逐渐升高（图2），表明这些水是由外部通过扩散进入冷却后的岩浆包裹体。因此，该研究表明这是火星大气水而不是岩浆水，这是首次发现火星存在大气降水的同位素证据。通过对水在这些岩浆包裹体中的扩散模拟，可进一步对液态水存在的最长时间进行估算。结果表明，在0℃的条件下，液态水最长可存在13万-25万年左右，如果温度升高到40℃，则时间缩短至700-1500年。这表明GRV 020090火星陨石的岩浆上侵至火星近表面时，其热量熔化了周围的冻土层，形成了一个区域性的、有限时间的地下热水体系。同时，由于所测得的D/H比值远高于之前报导的结果，表明有更多的水逃离了火星，意味着火星早期曾经有过更深的海洋。对GRV 020090火星陨石中磷灰石的分析结果，发现水含量和H同位素呈正相关（图1），指示了水在残留岩浆中由于无水矿物的结晶而不断富集，以及岩浆在上升过程中含水火星壳源物质的加入。采用最早结晶的磷灰石的水含量进行估算，得到火星幔的水含量仅约为38-45ppm，与地球的地幔相比具有明显贫水的特征。

　　该研究结果近期发表于国际地球化学领域期刊Geochimica et Cosmochimica Acta（Hu et al. NanoSIMS Analyses of Apatite and Melt Inclusions in the GRV 020090 Martian Meteorite: Hydrogen Isotope Evidence for Recent Past Underground Hydrothermal Activity on Mars. Geochimica et CosmochimicaActa, 2014, 140: 321-333）。

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图1  GRV 020090火星陨石磷辉石（Apatite）和岩浆包裹体（Magmatic inclusions）的水含量和H同位素的相关性 

　　图2  GRV 020090火星陨石岩浆包裹体的水含量和H同位素剖面。GRV 020090中的岩浆包裹体具有明显的水含量和H同位素环带，边部富水，核部贫水，表明经历了后期的水化过程。根据H扩散系数计算，液态水持续的时间约0.15 Ma。