火星多重水冰储层的相互作用演化：氢同位素组成的启示

轨道器任务的遥感数据表明火星上目前可能存在地下冰，尽管其体积仍不确定。对火星陨石的最新分析表明，水储层至少具有三种不同的氢同位素组成（D/H比）：原始D/H比和高D/H比，二者分别约为地球海水的相同值和六倍，以及新确认的中间D/H比，约为地球海水的二到三倍。我们通过模拟多个水储层之间氢同位素的交换与大气逃逸，计算了火星上水储层的D/H比和体积的演化。由于升华造成的同位素分馏，最顶部薄表面冰层的D/H比略高于大气，而位于可交换最表土层之下的水冰储层保留了火星陨石中发现的中间D/H特征。考虑到观测到的D/H比和古海洋的地貌估计，我们提出了两种约束地下冰体积的可能模型。第一种假设大气损失以Jeans逃逸为主。在这种情况下，地下冰的体积应大于主要以极地层状冰沉积形式出现的可观测表面冰的总体积。另一种模型假设为扩散限制的大气损失，其中多重水储层的相互作用演化自然地解释了观测到的D/H比。在此情景下，与基于最近轨道器任务提出的观点相反，火星上目前未必存在大量的地下冰。