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“火星地貌”虚拟专刊

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1. 侵蚀型沙丘:来自火星的启示
董治宝, 李超, 吕萍, 胡光印
地球科学进展    2021, 36 (2): 125-138.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.023
摘要744)   HTML11)    PDF (16995KB)(146)    收藏

风沙地貌分为风积地貌和风蚀地貌两大范畴,风积地貌即指各种沙丘。沙丘地貌虽然是风沙堆积的产物,但其形态和类型是风沙蚀积时空变化规律的表现,在堆积形成之后,风蚀作用在沙丘形态塑造过程中有时会具有重要作用,从而形成独特的侵蚀型沙丘。但由于有悖于传统风积地貌的理解,侵蚀型沙丘长期被忽视。然而,在火星沙丘地貌的形态和分布规律研究中,已发现大量的与地球常见沙丘地貌具有微妙差异的沙丘地貌形态,并将其归咎于沙源供应不充分的发育环境。重温法国学者Mainguet沙丘分类方案中关于侵蚀型沙丘的论述,以及经典风沙地貌学理论关于沙丘形态控制因素的概念框架,明确指出研究侵蚀型沙丘的必要性。系统分析了火星沙丘地貌形态特征后,初步辨认出火星的10种侵蚀型沙丘,分析其形态特征、发育环境及可能的形成机制。地球干旱区广袤的盐碱地是极有可能发育侵蚀型沙丘的地区,具有类似火星沙源供应不足的环境,在中国柴达木盆地沙漠中发现了多种侵蚀型沙丘地貌。据此推断,侵蚀型沙丘在地球上比较普遍,其研究对发展风沙地貌学理论具有重要意义,对中国未来的火星探测与研究具有参考意义。

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2. 深空探测时代的风沙地貌学
董治宝,吕萍
地球科学进展    2019, 34 (10): 1001-1014.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2019.10.1001
摘要659)   HTML9)    PDF (793KB)(371)    收藏

“深海、深地、深空”探测为地球科学发展提供了机遇与挑战,地球科学开始迎接以火星探测为代表的深空探测高潮。中国将于2020年实施火星探测计划,对火星开展全球性、综合性的环绕探测,并对局部地区开展巡视探测。行星地学研究,包括风沙地貌学,需要未雨绸缪,做好准备。基于风沙地貌学的发展历史与趋势,将发展历史划分为只关注风沙地貌本身的经典研究、关注地球系统的现代研究和关注地外星球的未来研究3个阶段,总结了各阶段的特点,认为深空探测时代的行星风沙地貌学研究已水到渠成。随之重点总结了行星风沙地貌学的发展与成就,指出亟待解决的问题,展望未来发展方向。现已探明在火星、金星和土卫六上有多种类型风沙地貌发育,风成过程甚至是这些星球最活跃的现代表面过程。不同星球风沙地貌具有较好的相似性,但差异也很明显,意味着风沙地貌发育机理的统一性和形成条件的多样性,风沙地貌学理论需要通过不同星球风沙地貌的对比研究逐步完善和拓展。地外行星上较为简单的形成条件在展示风沙地貌形成规律和机理方面具有明显优势,深空探测时代的风沙地貌学方兴未艾。

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3. 火星独特风沙地貌之横向沙脊
董治宝,吕萍,李超,胡光印
地球科学进展    2020, 35 (7): 661-677.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2020.055
摘要598)   HTML6)    PDF (9391KB)(217)    收藏

横向沙脊是火星独特风沙地貌类型之一,近20年来研究者们借助高分辨率火星遥感探测资料开展了系列研究。总结了横向沙脊的分布规律、形态特征、沉积物组成、形成过程及其形成时代等方面的研究成果。火星横向沙脊是高度为米级,间距为10 m级的风成床面形态类型,主要分布于赤道和低纬度地区,而且南半球较北半球多。高反照率和对称的截面形态是其突出的特征,与地球上的巨型沙波纹和反向沙丘的截面形态类似。横向沙脊沉积物粒度组成一般具有双峰型特征,表层为粗沙覆盖,但热惯性较低。目前关于横向沙脊的形成过程有3种假说:巨型沙波纹假说、反向沙丘假说和粉尘胶结假说,但支持巨型沙波纹假说的证据最多。火星横向沙脊与沙丘一样,属于新近的火星地貌类型,但其形成时间一般较沙丘早,多形成于近几百万年以来,所以常被胶结或岩化,不具流动性,但也有少数现代时期形成的活动性横向沙脊。横向沙脊的独特性使其成为最令人困惑的火星风沙地貌类型之一,以至于研究者们对其在风沙地貌分类系统中的归属尚有争议。针对横向沙脊研究的需要,未来火星探测亟需提供两个方面的高分辨率遥感信息,即横向沙脊沉积物组成和若干区域的综合集成勘测。

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4. 火星风沙地貌研究方法
董治宝,吕萍,李超
地球科学进展    2020, 35 (8): 771-788.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2020.063
摘要537)   HTML7)    PDF (1729KB)(226)    收藏

火星探测是深空探测的热点和焦点。中国于2020年实施首次火星探测计划,风沙地貌过程是火星表面最广泛和最活跃的地貌过程,一直是火星研究的重要内容。持续推进火星风沙地貌过程研究需要理论体系和研究方法两个方面的支撑,在目前无法采用实地观测直接获取资料的情况下,探索和提高研究方法的水平尤为重要。从方法论、研究方式和现代技术应用3个层面剖析了火星风沙地貌研究方法。方法论注重归纳法与演绎法,还原论与整体论的辩证统一。研究方式包括探测研究和模拟研究,在地球上选择与火星类似的地方开展类火星研究,也是目前普遍采用的研究方式。充分利用各种遥感观察与探测技术,是火星风沙地貌研究赖以发展的重要基础,模拟实验也一直是风沙地貌学研究的重要手段。在人类无法实施实地调查和观测的情况下,风洞模拟和数值模拟在火星风沙地貌过程以及环境研究方面发挥着重要作用。

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5. 火星大沙波纹特征及其形成机制
董治宝,吕萍,李超,胡光印
地球科学进展    2020, 35 (10): 1006-1015.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2020.080
摘要380)   HTML2)    PDF (10010KB)(134)    收藏

随着高分率影像数据的获取,火星大沙波纹进入研究视野。火星大沙波纹是一类间距为米级的风成床面形态,其特殊性反映在形态、格局、流动性及其形成过程等几个方面,然而,受限于探测资料特别是缺乏高分辨率影像资料,对其研究的范围和深度都极其有限,导致这些特殊性被长期忽视,研究者们简单地认为其与地球上常见的沙波纹相类似。遵循地貌学思路,基于已有的有限研究介绍了大沙波纹的形态、组成物质及其形成机制,讨论了其潜在的研究意义。与普通沙波纹相比,火星大沙波纹尺度较大,脊线蜿蜒、尖锐,横截面不对称,背风坡坡度明显大于迎风坡,且背风坡具有明显的滑落或滑塌面;具有较强的移动性,以脊线的纵向延伸为主,侧向移动微弱;大沙波纹脊线具有不同走向,构成网格状格局,能够用来反演较长时段的复杂风况;具有沙波纹、大沙波纹和沙丘3级尺度风成床面形态并存的独特现象;初步探测发现,大沙波纹沉积物组成为分选良好的中细沙。目前关于火星大沙波纹的形成机制有3种假说:沙丘假说、冲击假说和流体拖拽假说,其中流体拖拽假说具有较强的说服力。火星大沙波纹不同于常态沙波纹,其独特性对总体上认识火星风沙地貌、火星环境特征及其演化历史具有重要意义,值得深入研究。

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6. 火星风条痕特征及其形成机制
董治宝,吕萍,李超,胡光印
地球科学进展    2020, 35 (9): 902-911.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2020.074
摘要361)   HTML10)    PDF (7192KB)(140)    收藏

风条痕是一系列风成特征的总称,表现为与周围背景显著的反照率差异,具有二维平面形状,不具有三维形态,在火星上广泛分布,对火星表面风场乃至全球环流特征具有良好的指示作用,但对其的研究长期被忽视。基于已有研究成果,总结了火星风条痕的类型、形状特征及其形成机制。根据反照率大小及其与障碍物的关系,火星风条痕可以分为6种基本类型:亮色风条痕、暗色风条痕、混合风条痕、黑斑状及其相关的条痕、沙丘尾部条痕和霜冻风条痕,其中,亮色和暗色风条痕最普遍、最具代表性,是火星表面最普遍的多变特征。火星风条痕主要分布于60°S~60°N,不同类型风条痕分布特征稍有差异。因赖以形成的障碍物特征复杂多样,火星风条痕具有多种平面形状,如锥形、扇形、卵形和平行状等。根据火星风条痕沉积物特征与风沙蚀积的关系,亮色风条痕一般为堆积型风条痕,而暗色风条痕则属于风蚀型风条痕。目前,关于亮色风条痕为堆积型认识比较一致,而将暗色风条痕归为风蚀型尚有争议。在缺乏火星气象观测资料的情况下,根据风条痕走向反演火星表面风场特征具有良好的可靠性,并有助于理解地质历史时期风对火星表面的改造作用。

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