火星作为载人探测的下一个目标而备受瞩目。从探测时的能源保障和生命维持角度出发，有必要掌握火星表层可利用的水分布情况。揭示火星从曾经拥有海洋的温暖湿润环境，演变为如今寒冷干燥环境的机制，对于探索生命存在的条件而言非常重要。
既往的研究在推测火星的地下水分布时，曾假设覆盖火星表面的沉积层——“风化层”的物理特性在整个火星范围内都是相同的。然而，有证据佐示实际上存在非均质的可能性。此外，此前的室内实验也已证实，风化层的吸附系数对保水能力具有重大影响。
此次，日本东北大学研究生院理学研究科的黑田刚史助教等人的团队，开发出了一种考虑了风化层吸附性等物理特性随纬度变化而呈非均质性的“次表层水扩散模型”，并将其应用于火星全球气候模型中。借助该模型，研究团队推算了火星地下2米范围内的水分布情况，发现高吸附性风化层粒子能够稳定地保持丰富的吸附水。此外，研究还发现，在火星的中高纬度区域，这类粒子能在地表附近保持冰的存在，起到减缓次表层水蒸气扩散速度的作用。这一作用，或许曾为火星长期保持水分做过贡献。
火星表层的次表层水扩散模型及结果示意图
火星中低纬度地区风化层的吸附系数较大，可将水分稳定保持于次表层。中高纬度地区吸附系数较小，但水分可能吸附于风化层并以冰的形式存在于地表附近。
本研究成果有望在世界各国推进的火星探测项目中，为火星地下水分布图的绘制做出巨大贡献。此外，通过将次表层水扩散模型的时间维度从火星形成初期扩展至现代、空间维度从地表延伸至地幔附近，有望阐明火星表面流失水分的去向。（TEXT：JST广报课 中川实结）
原文：JSTnews 2025年5月号
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Journal of Geophysical Research: Planets
论文：Large water inventory in a highly adsorptive regolith simulated with a Mars global climate model
DOI：10.1029/2024JE008697
