(1)火星探測器探測火星表面的巖石和土壤。
火星探測器在火星表面進行原位巖石和土壤分析，海盜號飛船通過X射線熒光(XRF)研究火星的土壤。“火星探路者”號火星車通過α質子X射線光譜儀(APXS)研究火星表面的巖石和土壤。“機遇號”和“勇氣號”火星車已經在火星表面工作了五年，並對著陸區表面的巖石進行了詳細的勘探。結果表明，火星表面類似沙漠-戈壁地區，由大量玄武巖巖石碎塊和細風化顆粒組成(圖28-12)。代表性火星巖石和土壤的組成見表28-3。
圖28-12在火星先鋒號飛船拍攝的火星表面，灰色的巖石上覆蓋著紅棕色的火星塵埃。
火星表面的大部分球體都覆蓋著壹層薄薄的細小的紅色火星塵埃，海盜號和火星探路者號的著陸點就位於這些火星塵埃區。海盜號和火星探路者號對火星土壤的原位分析獲得了類似的成分(Rieder等人，1997；Bell等人，2000)，反映出火星表面的沈積物因風蝕而均勻化。火星上未被火星塵埃覆蓋的巖石成分通過了“火星探路者”的成分測試，顯示為安山巖(Rieder等人，1997；McSween等人，1999)，詳見表28-3。
表28-3火星探測器探測到的火星表面巖石和土壤成分
(2)火星巖石介紹
火星隕石是目前人類唯壹獲得的火星巖石樣本，非常稀有珍貴。它們都是巖漿堆積巖和玄武巖，包括四種主要巖石類型:雪矽鈣石、鈉鉀石巖、沙矽鈣石和斜方輝石巖。有些輝石球粒隕石是玄武巖(basalticshergottites球粒隕石，B-S)；其他的是超基性巖堆積巖(L-S二輝橄欖巖)( mcsween & treiman，1998)，最近，分別分離出具有橄欖石斑晶的隕石(DaG 476，SaU 005，Dhofar 019，NWA1068，NWA 1195，NWA 2046)和EETA 79001 A圖28-13和圖28-14是幾塊火星隕石的外觀照片。
圖28-13典型的火星隕石
圖28-14南極發現火星隕石(ALH84001)
到目前為止回收的隕石中，有60多塊來自火星的不成對隕石，都是沒有角礫巖的巖漿巖(雖然火星表面大部分地區都像月球壹樣布滿了撞擊坑)。到目前為止，這些火星隕石還沒有發現像在子午線平原探測到的小面積沈積巖。
代表性的SNCO火星隕石很早就被發現了(Shergotty，1865年8月25日在印度發現；Nakhla，1911是6月28日在埃及發現的；Chassigny，1815 10 10月3日在法國被發現；斜方輝石，ALH 84001，1984發現於南極艾倫丘陵)，但對其進行了長時間的研究和爭論，以確定其來自火星。
早在1872年，Tschermak就認識到謝爾戈蒂隕石是相對氧化條件下形成的玄武巖。基於這些SNCO隕石年輕的結晶年齡(除ALH84001，約為4.0 ~ 4.5 Ga，其他火星隕石年齡≤1.3Ga)，許多學者認為它們來自火星(McSween等，1979 a；；奈奎斯特等人，1979；沃克等人，1979；華生&韋瑟裏爾，1979；伍德&阿什瓦爾，1981).1982年，第壹顆月球隕石的發現使人們相信SNCO隕石可能來自火星。1983年，Bogard和Johnson發現EETA 79001隕石(B-S)撞擊熔融玻璃中捕獲的Ar、Ar等稀有氣體、N2和CO2的同位素組成和相對豐度與火星大氣豐度明顯匹配(圖28-15，圖28-16)。與此同時，Clayton &Mayeda(1983+0983)發現，火星隕石在氧的三同位素圖上形成了亞組，它們形成的分餾線明顯與地球巖石和HED隕石分離，位於TF線上方並與之平行。Becker &Pepin(1984+0984)還發現氮同位素和N/Ar比值與Viking飛船的測量結果壹致，進壹步證實了這些隕石的火星起源。
圖28-15維京飛船測得的火星大氣與EETA 79001玻璃的捕獲氣體對比(據Pepin，1985)。
圖28-16火星隕石的氧同位素組成
火星隕石起源於火星的主要證據有:(1)SNC隕石(ALH84001除外)的結晶年齡很小(≤1.3Ga)，不可能是小行星的火成作用形成的，1.3Ga與火星塔爾斯裏奇火山的年齡相近(Wood & Ashwal，2000)。(2)EETA 79001隕石玻璃中捕獲的CO2、N2和稀有氣體的同位素組成，13C和12C的值與火星大氣壹致(Bogard & Johnson，1983)；(3)在壹些隕石中發現了iddingsite和角閃石等含水矽酸鹽礦物，在ALHA77005 (Ikeda，1998)的巖漿包裹體中發現了鈦角閃石，在Nakhla中發現了idding site(Reid & Bunch，1975)；(4)在壹些隕石(如ALH 84001)中發現了地外碳酸鹽(Romanek等人，1994，1995)，但已知月球火成巖和小行星火成巖實際上不含碳酸鹽；(5)海盜號和火星探路者號對火星土壤的X射線熒光光譜分析結果與謝爾戈蒂隕石全巖的化學成分相當壹致，尤其是它們的FeO含量幾乎相同(分別為19.7%和19.6%)；(6)磷酸鹽中高fO2、特殊18O/16O(△17O≈0.3% O)(Clayton & Mayeda，1996)和高D/H比(Leshin等，65438)。萊辛，2000；沃斯頓等，1994)，復雜的稀土元素配分模式，相似的FeO/MnO、K/La、K/U、W/La、Ga/La、Na/Al比值，具有比其他球粒隕石更高的揮發性元素含量(王道德，1995；王道德等，1999)。
(3)火星隕石的巖石學特征
表28-4列出了四種火星隕石的巖石學和礦物學特征。表28-5列出了火星隕石的礦物類型豐度(體積百分比)的概要。圖28-17顯示了橄欖石球粒隕石在單極化下的顯微照片，圖28-18顯示了閃光球粒隕石片中Fe元素的X射線掃描。
表28-4火星隕石的巖石學特征
表28-5火星隕石礦物模型豐度匯總表(WB/%)
(根據Meyer C .，2006年)
圖28-17單極化下橄欖石球晶特征。
輝石和橄欖石是火星隕石的主要礦物相。輝石球粒隕石中輝石成分變化很大，FeO含量高。橄欖石是純橄欖石球粒隕石中的主要礦物相。與其他火星隕石中的橄欖石相比，Fa值最低。火星隕石中的長石幾乎都是通過撞擊熔融轉化成熔融長石的。熔融長石的化學成分從S、N到c有富K、Na而貧Ca的趨勢，鉻鐵礦和磁鐵礦是火星隕石的主要不透明礦物。火星隕石全結晶，火成分不同(圖28-19)，很像地球上的玄武巖和輝綠巖。
GRV 99027火星隕石具有中等粒度的全結晶顆粒結構(圖28-20)。主要由橄欖石和輝石組成，含少量熔融長石，輔助礦物為鉻鐵礦、隕黃鐵礦和磷酸鹽。可以看出，GRV 99027是壹種球粒隕石，具有不同火成分的典型特征，包括三種基本結構:變粒結構、非變粒結構和熔袋結構(圖28-20)。
圖28-18輝石球粒隕石薄片中鐵元素的X射線掃描。
SNC火星隕石的研究提供了豐富的隕石巖相學和隕石的微量元素和同位素信息。這些都是通過火星遙感得不到的。
SNC火星隕石，除ALH84001外，壹般認為來源於火星上的年輕隕石坑，這反映了火星地殼濺射樣品偏向年輕巖漿巖。古老的外殼可能太容易被壓碎，以至於無法濺射並逃離火星(McSween等人，2002年)。火星飛船拍攝的照片顯示，層狀沈積物在火星上很常見，有時被解釋為沈積巖(Malin &Edgett，2000)。但奇怪的是，火星隕石中沒有沈積巖，也沒有安山巖成分的巖漿巖。然而，壹些火星隕石中的鹽類和粘土礦物表明，由於流體或海水的相互作用，火星表面或附近的巖石發生了轉化(Bridges等人，2001)。隨後的火星環球勘測者(MGS)使用TES光譜分析數據(Bandfield等人，2000年；Hamilton等人，2001)表明火星北半球的平原主要是安山巖，總堿- SiO2 _ 2分析圖(圖28-21)表明TES光譜數據(Surface _ 2)與火星探路者的無火星塵成分壹致。表面1和火星隕石成分顯示玄武質成分。很難解釋形成火星半球的安山巖，特別是因為火星上沒有板塊俯沖。含水巖漿雖然只需要低分異，但玄武巖漿分異不可能產生安山巖熔體。壹些證據表明，輝長巖球粒隕石的巖漿在噴發前含有壹定量的水(McSween et al .，2001)，但這壹假說仍有爭議。
圖28-19 Dag 476橄欖石-輝橄欖石的背散射電子像是壹種典型的火成分不均勻結構。變質輝石(Pgt)和熔融長石(Msk)構成典型的玄武巖結構，橄欖石(Ol)以斑晶形式嵌布在玄武巖相中。其他礦物相:Chr為鉻鐵礦；到是隕鐵硫鐵。
圖28-20背散射電子圖像28-20 GRV 99027火星隕石
火星隕石的地球化學特征反映了火星地幔源區的特征，但在巖漿上升和侵位過程中，由於分離結晶和有時同化混染的影響，其成分會發生變化。SNC火星隕石富含Mn和P，不損失Fe和其他親鐵元素，但這些隕石與地球上的巖石相比，Al相對貧乏，這在火星探路者探測到的火星土壤和無火星塵的巖石中有所反映。
圖28-21火星火山巖樣品化學分類圖
(4)火星隕石的研究內容和意義。
目前火星隕石的研究內容主要有:(1)火星隕石的分類、巖石礦物學、化學成分、磁學和光譜特征；(2)物質來源、熔融分異、母巖漿成分、熱變質作用、撞擊效應、輻射記錄和效應、次生蝕變等。火星隕石。(3)放射性、宇宙成因同位素組成和年代學、穩定同位素(H、O、S、C、N)和其他同位素組成(Xe、W、Hf、Re-OS)；(4)火星隕石與地球巖石、月球隕石及其他類型隕石的對比研究；(5)火星殼-幔-核的組成、結構、性質和巖漿活動，火星大氣的組成和演化，火星大氣、水圈和巖石圈的相互作用；(6)火星上可能存在的生命遺跡等。
目前國際上對火星隕石研究存在的主要問題有:(1)目前沒有直接取自火星的巖石樣品，只有通過對火星隕石的研究，才能揭示火星的物質組成、結構和巖漿演化規律。人們回收的火星隕石數量很少，大部分是堆積的巖石。部分巖石類型相同的火星隕石濺射年齡基本相同(N隕石約為11Ma，L-S隕石約為4Ma)，很可能是同壹撞擊事件的產物。因此，以火星隕石為代表的火星表面區域非常少，限制了人們對火星物質組成、母巖漿組成和演化規律的認識。(2)利用低溫蝕變礦物(如含水礦物、粘土礦物、碳酸鹽、硫酸鹽等。)在火星隕石中研究火星表面的熱液系統和蝕變可以為火星大氣的演化提供線索，但目前幾乎所有的工作都集中在ALH 84001上，對其他火星隕石的次生礦物還沒有相應系統深入的研究。(3)火星隕石從火星濺射出來，降落到地球上需要克服火星強大的引力。所以大部分火星隕石都經歷過非常強烈的撞擊變質作用，研究火星隕石需要扣除疊加在巖漿作用上的撞擊變質作用。但目前對火星隕石撞擊效應的研究主要局限於少數隕石，對火星表面撞擊變質作用的研究還需要進壹步的工作。(4)同位素測年為火星隕石的形成和演化提供了時間尺度。壹些同位素體系(如K-Ar、Rb-Sr等。)因強烈的沖擊變質作用而被重置，導致同位素年齡的解釋長期存在爭議。(5)火星上存在生命的爭論是當前火星隕石研究和火星探測的焦點。ALH 84001隕石中有古生命痕跡的證據，如低溫碳酸鹽瘤、生物膜和多環芳烴，但熱水溶液的實驗模擬(Golden et al .，2000；McSween等人，1998)觀察到鎂和鈣的碳酸鹽無機沈澱可產生ALH84001的碳酸鹽腫瘤。(6)火星隕石反射光譜的研究將對正確解譯火星探測器和航天器的大量遙感數據具有重要的參考價值。