中大研究揭水星地貌仍在演变 地幔热活动持续塑造地表

由美国太空总署“信使号”（MESSENGER）拍摄、经强化处理的水星彩色合成影像（非肉眼所见颜色），以突显水星表面岩石之间的差异。（图片来源：NASA／约翰霍普金斯大学应用物理实验室／华盛顿卡内基研究所）

科学界过去普遍认为，水星地貌主要由行星冷却收缩形成，相关构造活动理应早已结束。香港中文大学领导的研究团队发现，水星北极附近的年轻平原虽然形成时间较晚，却比其他地区呈现更显著的地壳挤压变形。研究团队进一步结合水星的重力与地形高度数据，配合行星内部的电脑演化模拟，探讨异常变形的可能机制，结果发现区域性的内部地幔活动亦能持续影响水星表面地貌。研究揭示，除冷却收缩外，地幔热活动亦可能是水星地貌仍在持续塑造的重要原因。相关研究已发表于《自然通讯》。

水星是太阳系中体积最小、距离太阳最近的行星。其地貌形成与其他类地行星相似：炽热的内部逐渐冷却，整颗行星随之收缩，坚硬的外壳被挤压成长长的悬崖与山脊，就像苹果放久了，果皮皱起来一样。

水星上名为“卡内基崖”（Carnegie Rupes）的悬崖高近两公里，横切一个直径105公里的陨石坑。这类悬崖是行星表面受挤压时形成的，红色代表高处，蓝色为低处。（图片来源：NASA／约翰霍普金斯大学应用物理实验室／华盛顿卡内基研究所）

是次研究聚焦于水星北极附近的北部平坦平原（Northern Smooth Plains），覆盖水星表面约7％，形成于约37亿年前，于水星而言相当年轻。按照现有理论，水星的大部分收缩早已发生，较晚形成的地表区域应受到较少的收缩变形影响。然而，研究团队将全水星的悬崖与山脊逐一绘制成图，并量度各处地壳被挤压的程度，结果却与预期相反：这片年轻平原是水星上皱褶最严重的地区，显示单以冷却收缩未能完全解释北部平坦平原的地貌形成。

为探究原因，研究团队进一步结合水星的重力与地形高度数据，配合行星内部的电脑演化模拟，探讨异常变形的可能机制，结果发现区域性的内部地幔活动亦能持续影响水星表面地貌。水星北部平坦平原中央有一块宽阔而平缓的隆起，称为“北部隆起”（Northern Rise），研究团队认为是由一团曾经自地表以下约350公里处上涌、炽热而密度较低的岩石造成。上涌的岩石无法突破水星坚硬的外壳，于是在外壳底下向两旁扩散，形成一层约730公里宽的扁平岩层，平原中央被推升并轻微拉伸，周围的平原则被挤压并皱起。

论文第一作者、中大地球与环境科学系博士后研究员谢景椿表示：“水星常被视为一颗在地质活动上已经‘死去’的星球。我们的研究结果显示，即使其主要的热演化阶段结束已久，深处仍有力量在持续塑造水星表面，就像脚已经抬起，脚印却还在往地面压下去。”研究提出，即使炽热的岩石后来逐渐冷却，隆起开始下沉，但挤压并未停止。它留下的地形起伏与应力，在其后极长的时间里继续使地表破裂，解释了为何此区部分悬崖与裂缝看起来出奇地“新”。

论文通讯作者、中大地球与环境科学系吴嬿媖，以及地球物理学助理教授詹彦补充，这些变形在“北部隆起”周围形成箭靶般的清晰同心圆图案，其形成与行星深处的一个热源有密切关联，也改变了我们对水星悬崖与山脊形成的理解。

论文共同作者、香港大学地球与行星科学系张健表示：“一个从如此深处开始的过程，竟能在表面留下如此整齐的痕迹，实在令人惊讶。这说明水星内部与表面保持连动的时间，远比我们认知的长。”

团队表示，这项研究为科学家提供了解读水星地表皱褶形成的新方式，并能套用于其他星球。火星与金星的地表亦存在类似的深部上涌迹象，然而过往研究很少如此清楚地将其与地表裂缝和悬崖联系起来。此研究结合地表测绘与内部模拟，反映岩质行星如何冷却、收缩，以及局部区域如何靠深处的热量“重新活跃”长达数十亿年。