作者：張婷/中國科學院地質與地球物理研究所
提到火山，大家都知道這在地球上很普遍，那麼大家知道太陽系最高的火山嗎？
壹
火星與地球特徵對比
與地球這顆藍色星球相比，火星作為太陽系第四大行星，因為表面一些鐵鏽物質分散在大氣中，看起來是一顆紅色星球。直徑約地球1/2，其體積大約是地球的1/6，質量是地球的1/10，公轉時間約為地球的1.9倍。與地球相似，火星也有季節變化、極地冰蓋、火山、峽谷、沙漠、風化等。
圖1.火星全貌圖
圖2.火星與地球的體積、質量、密度對比。
圖3.火星與地球溫度對比，火星的溫差範圍更大。
貳
火星探測
20世紀60~70年代，自美國國家航天局成立，火星成為NASA 深空探測的最主要對象。NASA發射了一系列火星軌道探測器、火星軟著陸探測器、以及包括“勇氣號”、“機遇號”、“好奇號”等火星車，火星軌道遙感探測拍攝了大量高分辨的火星表面形貌圖像。火星表面展現廣泛的地質形貌，包括衝擊坑、峽谷、火山等。
叄
太陽系最高的火山
火山，是地幔或地殼岩石經過融熔形成的液相熔體，夾帶部分固體及揮發分共同組成高溫粘稠的岩漿噴出地表形成，具有特殊形態的地質結構。現代地球火山多數沿著板塊邊界分佈，少數位於板塊內部。由於火星沒有板塊運動，火星的火山都不是板塊碰撞形成。
火星表面有許多火山，太陽系目前最高、最大的火山奧林匹斯火山（Olympus Mons），位於薩希斯地區(圖6-a),高達25千米，直徑可達600千米，其覆蓋面積大約相當於整個亞利桑那州（圖5）
圖5. 奧林匹斯火山（Olympus Mons）與美國亞利桑那州對比。(圖片來源：NASA官方網站)
奧林匹斯火山（Olympus Mons）以希臘神話眾神的居所命名，在希臘神話中，奧林匹斯山是主神宙斯的居所。此外，希臘萬神殿中最重要的神也在頂峰擁有自己的宮殿。根據神話，奧林匹斯山的頂峰高聳入雲，冰雪覆蓋。它是希臘最高的山，坐落在馬其頓和塞利的邊界上。
圖6.a.火星全球形貌圖。左側是南半球，地勢高；右側是北半球，地勢低，展現南北二元特徵。薩希斯火山省
奧林匹斯火山（Olympus Mons）是典型的盾狀火山（圖6-b），由一系列粘度低的岩漿堆積形成（Fabio Vittorio De Blsdio,2012）。具有中心崩塌的火山口（圖7），非常緩和的翼側。主火山邊部是高度達8~9千米的非常陡峭的懸崖，傾角10~15°，這種構造特點與地球夏威夷的火山相似(Morgan et al., 2003)。
圖7.左圖是奧林匹斯火山（Olympus Mons）的3-D圖象，右圖是奧林匹斯火山（Olympus
在主火山北部和西部周圍是綿延200~700千米的接觸帶沉積物暈（圖6-b）（Basilevsky et al.,2004），其產生原因可能是熔岩流作用、火山底座變形、災難性滑坡、以及由於冰、地下含水導致的滑坡。該火山在最近100~200個百萬年，仍然有小程度火山作用（圖8）。關於該火山將來是否噴發，科學家目前沒有具體明確的證據。
圖8.奧林匹斯火山（Olympus Mons）破火山口頂峰，6個巢狀的破火山口。（Basilevsk
科學家結合古地形、曲折模型、火山口的滯留時間限定奧林匹斯盾狀火山（Olympus Mons）的噴發歷史,該火山活動時間跨度大，達36.7億年之久。
在初始盾狀建造形成期間最低噴發率是0.003-0.015km3/yr。在盾狀建造後期，由於動力機制改變，熔體產生以及噴發情況改變，導致噴發率降低2~3個數量級。之後是長時間持續以低噴發率噴發，與地球上的熱點火山作用相似（Isherwood.RJ.,2013）。
根據形貌及噴發方式，冒納羅亞火山與之相似。其是夏威夷海島上的一個活躍盾狀活火山，岩漿來自夏威夷熱點，噴發至少70萬年，冒納羅亞山海拔4169米，總高度約10千米，直徑約120千米。其體積是奧林匹斯火山（Olympus Mons） 的1/10。不過，整個夏威夷群島正好可以被奧林匹斯火山（Olympus Mons）囊括在內（圖10）。隨著太平洋板塊的緩慢漂泊，冒納羅亞火山最終被帶離熱點，並將在50到100萬年後停止噴發。
圖9.冒納羅亞火山頂峰(圖片來源：維基百科)
圖10.奧林匹斯火山（Olympus Mons）與夏威夷群島（深灰色）面積對比。箭頭方向是北。（Mo
肆
形成原因
火星薩希斯區域的火山比地球上任意一個火山都大10~100倍。奧林匹斯火山（Olympus Mons）成為太陽系最高、最大的火山也是必然結果。
1、與火星的表面重力較低有直接關係。隨著熔岩流動、擴散形成盾狀火山，火山最終高度與其支撐高度的能力有關。表面重力越低，火山的高度越高。例如地球表面重力是火星的大約2.6倍，夏威夷島冒納羅亞盾狀火山總高度約10千米，奧林匹斯火山（Olympus Mons）高度約25千米。
2、火星沒有板塊活動，不會像地球板塊運動那樣帶來滄海桑田的變遷；地球上的熱點是固定的，但是板塊會在其上面移動。例如，與夏威夷群島就是太平洋板塊在固定的熱點上方向西北移動產生的。所以岩漿量就被分配到幾個火山，而不是集中到一個火山。火星上熱點固定，板塊也固定，那麼岩漿可在用一個位置累積，就可以形成大火山。（圖11）
圖11.分別是夏威夷熱點與火山的關係，火星熱點與火山的關係。（圖片來源：NASA官網）
3、 另外火星表面雖有風化，但不會像地球一樣遭受嚴重剝蝕，如化學風化、生物風化、物理風化。
4、火星奧林匹斯盾狀火山（Olympus Mons）活動時間跨度大，達37億年之久，多期次噴發，提供豐富的物質來源。火山噴發速率高，岩漿量大，岩漿粘度相對低，坡度緩，跨度廣。
參考文獻：
A.T.Basilevsky et al., 2004. Morphology and Geological Structure of the Western Part of the Olympus Mons Volcano on Mars from the Analysis of the Mars Express HRSC Imagery. Solar System Research, Vol.39, No2. pp.85-101.
Fabio Vittorio De Blasio ., 2012. Conceptual model for the origin of Olympus Mons cliffs, Mars: An essential on fluence of water? Planetary and Space Science 69,105-11.
Peter J Mouginis-Mark and Mark S Robinson., 1992. Evolution of the Olympus Mons Caldera, Mars. Bull Volcanol 54:34.
Ryan J. Isherwood et al., 2013. The volcanic history of Olympus Mons from paleo-topography and flexural modeling. Earth and Planetary Science Letters 363 , 88–96.
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