赫斯珀里亞紀（Hesperian）是火星的一個地質系統和地質年代，其特徵為大規模的火山活動和災難性洪泛，在火星表面蝕刻出巨大的溢位河道。赫斯珀里亞也是火星曆史的中間和過渡時期。在此期間，火星從諾亞紀溫暖、溼潤的世界變成了今天所看到的乾燥、寒冷且多塵的星球 Hartmann 2003 pp 3334。赫斯珀里亞時期的絕對年齡尚不清楚，該時期可能起始於後期重轟炸期結束之後，約對應於 37 億年前月球晚雨海世初期，而它的結束期則更不確定，可能在 32 億到 20 億年前之間，常引用 30 億年前，赫斯珀里亞紀與地球早期太古宙大致重合。 隨著諾亞紀末期重大撞擊的減少，火山活動成為火星上主要的地質作用過程，產生了廣袤的洪流玄武岩平原和寬廣的火山構造（高原火山口） 。到赫斯珀里亞時代，火星上包括奧林帕斯山在內的所有大型盾狀火山都已開始形成，火山釋氣向大氣層排放了大量的二氧化硫 SO2 和硫化氫 H2S，導致風化型別從佔主導的頁矽酸鹽（粘土）轉變為硫酸鹽礦物。液態水在與二氧化硫和硫化氫作用形成硫酸後變得更本土化，且酸性更強 Head JW Wilson L 2011 The NoachianHesperian Transition on Mars Geological Evidence for a Punctuated Phase of Global Volcanism as a Key Driver in Climate and Atmospheric Evolution 42nd Lunar and Planetary Science Conference 2011 Abstract 1214 httpwwwlpiusraedumeetingslpsc2011pdf1214pdf 。 到晚赫斯珀里亞世開始，大氣層可能已變薄到目前的密度。隨著行星的冷卻，儲存在上地殼（粗表岩屑）中的地下水開始凍結，形成一層厚厚的冰凍層，覆蓋在更深的液態水區域之上。隨後的火山或構造活動偶爾會打破冰凍層，將大量深層地下水釋放到地表，沖刷出巨大的溢位河道。這些水大部分流入到北半球，可能在那裡彙集起來，形成巨大的臨時湖泊或冰封的海洋。 描述和名稱來源 赫斯珀里亞 系和 赫斯珀里亞 紀以赫斯珀利亞高原之名命名，這是希臘盆地東北部一處中度坑窪的高地區。赫斯珀里亞系的典型地貌區位於第勒尼安海區 MC22 南緯 20 度、西經 245 度附近。該地區由連綿起伏的風紋平原構成，分佈著大量與月海上相似的皺脊。這些 脊狀平原 被解釋為從裂縫中噴發的玄武質熔岩流（洪流玄武岩）；大型撞擊坑密度適中，每百萬公里 2 約有 125200 座直徑大於 5 公里的撞擊坑 Strom RG Croft SK Barlow NG 1992 The Martian Impact Cratering Record in Mars HH Kieffer et al Eds University of Arizona Press Tucson AZ pp 383423，赫斯珀里亞時代的脊狀平原覆蓋了大約 30 的火星表面，它們在赫斯珀利亞高原、大瑟提斯高原、盧娜高原、馬萊阿高原以及塔爾西斯南部的敘利亞 太陽 西奈高原最為突出 Scott DH Tanaka KL 1986 Geologic Map of the Western Equatorial Region of Mars US Geological Survey Miscellaneous Investigations Series Map I1802AGreeley R Guest JE 1987 Geologic Map of the Eastern Equatorial Region of Mars US Geological Survey Miscellaneous Investigations Series Map I1802B。 ImageSize width800 height80 PlotArea left15 right15 bottom20 top5 AlignBars early Period from4500 till0 TimeAxis orientationhorizontal ScaleMajor unityear increment500 start4500 ScaleMinor unityear increment100 start4500 Colors idprenoachicol valuergb 07041 idnoachicol valuergb 050508 idhespericol valuergb 10202 idamazonicol valuergb 10502 PlotData aligncenter textcolorblack fontsize12 marklineblack width25 shift05 text亞馬遜紀 from3000 till0 coloramazonicol text 赫斯珀里亞紀 from3700 till3000 colorhespericol text諾亞紀 from4100 till3700 colornoachicol text諾亞紀 前諾亞紀 fromstart till4100 colorprenoachicol 火星地質年代期 百萬年前 赫斯珀里亞年代和地層 leftthumb 顯示了疊加關係的高解析度成像科學裝置影像，讓地質學家得以確定地表單元的相對年齡的。深色的熔岩流（更年輕）疊壓在右側淺色、更坑窪的地形（更古老的熔岩流？）之上，中間隕石坑的噴出物覆蓋了兩側單元，表明隕石坑是該影像中最年輕的特徵（請參見右側的橫截面示意圖）。 火星的時間週期是基於探測器影像對地表單元的地質測繪 Scott DH Carr MH 1978 Geologic Map of Mars US Geological Survey Miscellaneous Investigations Series Map I1083McCord TM et al 1980 Definition and Characterization of Mars Global Surface Units Preliminary Unit Maps 11th Lunar and Planetary Science Conference Houston TX abstract 1249 pp 697699 httpwwwlpiusraedumeetingslpsc1980pdf1249pdf 而劃分。地表單元是一種具有獨特質地、色澤、反照率和光譜特性的地形，或一組與其他地表單元相區別的地表形態，且範圍大到足以顯示在地圖上 Greeley R 1994 Planetary Landscapes 2nd ed Chapman Hall New York p 8 and Fig 16。製圖員使用 20 世紀 60 年代早期開創的地層學方法對月球進行了攝影地質研究 See Mutch TA 1970 Geology of the Moon A Stratigraphic View Princeton University Press Princeton NJ 324 pp and Wilhelms DE 1987 The Geologic History of the Moon USGS Professional Paper 1348 httpserseseasueduGHM for reviews of this topic。儘管基於表面特徵，但表面單元不是地表本身或地形組，它是一種 推斷 的地質單元（如組），表示地表下片狀、楔狀或板狀巖體 Wilhelms DE 1990 Geologic Mapping in Planetary Mapping R Greeley RM Batson Eds Cambridge University Press Cambridge UK p 214Tanaka KL Scott DH Greeley R 1992 Global Stratigraphy in Mars HH Kieffer et al Eds University of Arizona Press Tucson AZ pp 345382。地表單元可以是撞擊坑噴出沉積物、熔岩流或任何可在三維空間中表示為一層由上下相鄰單元限定的離散地層（如右圖所示）。利用疊加（如左圖所示）、橫切關係和撞擊坑密度與年齡關係等原理，地質學家可將這些單元按最古老到最年輕的相對年齡順序進行排序。相似年齡的單位在全球範圍內被劃分為更大的時間地層（年代地層）單位，稱為系。對於火星，定義了三種系：諾亞系、赫斯珀里亞系和亞馬遜系，位於（早於）諾亞系之下的地質單元（更古老）被非正式地指定為前諾亞系。相當於赫斯珀里亞系的地質時間（地質年代）是赫斯珀里亞紀，赫斯珀里亞系的岩石或地表單元形成或沉積於赫斯珀里亞紀期間。 系統與週期 系 和 紀 在正式地層命名法中是不可互換的，儘管它們在流行讀物中經常被混淆。系是一種理想化的地層柱，它基於某一典型區域（典型剖面）的物理岩石記錄，這一記錄與全球許多不同位置的岩石剖面相關聯 Eicher DL McAlester AL 1980 History of the Earth PrenticeHall Englewood Cliffs NJ pp 143146 。一種系與上下相鄰的邊界地層有明顯不同的特徵（在地球上，通常是標準化石），表明主要動物群或環境條件發生了顯著（通常為突發性的）改變（參見白堊紀 古近紀邊界示例）。 在任何地方，給定地層系中的岩石剖面都容易包含空隙（不一致），就像書中的缺頁。在某些地方，由於未產生沉積或後來的侵蝕，該系中的岩石完全缺失。例如，美國中東部內陸大部分地區都不存在白堊紀系的岩石，但是，那裡肯定仍經歷過白堊紀時期。因此，地質時期代表形成該地層系的沉積時段，且包含所有空隙中存在的未知時長。時期以年為單位，由放射性定年確定。在火星上，除了來源於地層背景未知的火星隕石外，無法獲得放射性年齡。相反，火星上的絕對年齡是由撞擊坑密度決定的，這在很大程度上取決於隨時間變化的隕石坑形成模型。因此，火星各時期準確的開始和結束時間都無法確定，尤其是赫斯珀里亞 亞馬遜邊界，其誤差可能達到 2 或 3 倍。 邊界和細分 赫斯珀里亞系的下邊界被定義為以赫斯珀里亞平原為代表，覆蓋了火星三分之一表面的脊狀平原基底。在赫斯珀里亞平原東部，脊狀平原覆蓋在早期至中期諾亞世時代坑窪的高原材料上（左圖）；赫斯珀里亞系的上邊界則更為複雜，根據越來越詳細的地質測繪資料，已被多次重新定義 Tanaka KL Skinner JA Hare TM 2005 Geologic Map of the Northern Plains of Mars Scientific Investigations Map 2888 Pamphlet US Geological Survey。目前，赫斯珀里亞系與更年輕的亞馬遜系地層邊界被定義為北方大平原地層的基底 The Vastitas Borealis Formation is used here to include the Lower Amazonian Scandia Vastitas Borealis interior and Vastitas Borealis marginal units of Tanaka et al 2005（右圖）。北方大平原是一片遼闊的低窪平原，覆蓋了火星北半球的大部分地區，它被普遍詮釋為是由源自晚赫斯珀里亞世溢位河道重新改動過的沉積物和可能是覆蓋在北方低地盆地上的海洋殘餘物所構成，而對北方大平原地層的另一種解釋是，它由熔岩流所組成 Catling DC Leovy CB Wood SE Day MD 2011 A Lava Sea in the Northern Plains of Mars Circumpolar Hesperian Oceans Reconsidered 42nd Lunar and Planetary Science Conference Abstract 2529 httpwwwlpiusraedumeetingslpsc2011pdf2529pdf 。 赫斯珀里亞系被劃分為兩個年代地層統：下赫斯珀里亞統和上赫斯珀里亞統。統是以 參考物 或行星上顯示獨特地質事件位置為基礎的地表單元，可透過撞擊坑年齡和地層所在層位在時間上加以識別。例如，赫斯珀利亞高原就是下赫斯珀里亞統的參考位置 。兩個赫斯珀里亞統對應的地質時間（地質年代）單元為早赫斯珀里亞世和晚赫斯珀里亞世。請注意，世是紀的細分，兩者在正式地層學中不是同義詞。早赫斯珀里亞世 晚赫斯珀里亞世的邊界年齡並不確定，根據隕石坑計數，從 36 億年前到 32 億年前不等，該範圍的平均值顯示在下面的時間線中。 ImageSize width800 height80 PlotArea left15 right15 bottom20 top5 AlignBars early Period from3700 till3000 TimeAxis orientationhorizontal ScaleMajor unityear increment100 start3700 ScaleMinor unityear increment10 start3700 Colors idEhespericol valuergb 10502 idLhespericol valuergb 1102 PlotData aligncenter textcolorblack fontsize12 marklineblack width25 shift05 text 晚赫斯珀里亞世 from3400 till3000 colorLhespericol text 早赫斯珀里亞世 fromstart till3400 colorEhespericol 赫斯珀里亞世 百萬年前 地層術語常常讓地質學家和非地質學家都感到困惑，解決難題的一種方法是透過以下示例：您可以很輕鬆地前往俄亥俄州辛辛那提去參觀奧陶系上奧陶 統 中的岩石露頭，您甚至可以在那裡收集到三葉蟲化石。但是，您無法訪問奧陶 紀 時期的晚奧陶 世 並收集到一隻真正的三葉蟲。 以地球為基礎的正式地層命名方案已成功應用於火星數十年了，但仍有許多缺陷。毫無疑問，隨著越來越多更好的資料可用，該方案將會得到進一步的完善或更新 Tanaka KL 2001 The Stratigraphy of Mars What We Know Dont Know and Need to Do 32nd Lunar and Planetary Science Conference Abstract 1695 httpwwwlpiusraedumeetingslpsc2001pdf1695pdf 。（請參閱下面的礦物學時間表作為替代方案的示例）。為更全面瞭解火星地質史和年代學，顯然有必要從已確認的地表單元獲得樣品的輻射地質齡 Carr 2006 p 41。 赫斯珀里亞紀時期的火星 在赫斯珀里亞時期，撞擊坑形成速率下降，火山活動和洪水氾濫強烈而廣泛，火星上許多主要的構造特徵就在這一時期形成。龐大的塔爾西斯隆起對地殼施加的重壓，在整個西半球產生了一張巨大的延伸斷裂網（塹溝）和壓縮變形特徵（皺脊）。這些壓力導致在赫斯珀里亞期間形成了巨大的水手谷赤道峽谷系統；地表的硫酸風化產生出大量硫酸鹽礦物，這些礦物在蒸發環境中沉澱，隨著行星變得越來越乾旱，硫酸鹽礦物也越益普遍。赫斯珀里亞紀也是火星地質記錄中最早出現冰川活動及冰相關作用證據的時期。 撞擊坑 正如最初設想的那樣，赫斯珀里亞係指的是火星上重轟擊結束後形成的最古老表面 Carr 2006 p 15，因此，赫斯珀里亞系是撞擊坑產生速率迅速下降的一段時期，但下降的時間和速度並不確定。月球隕石坑記錄表明，諾亞紀（40 億年前）時期，內太陽系的撞擊率比今天高出 500 倍 Carr 2006 p 23，行星科學家們仍在爭論這些高撞擊率是否代表行星吸積的尾聲或是一段撞擊平靜期後出現的晚期災難性脈衝。儘管如此，在赫斯珀里亞紀開始時，撞擊速率可能已下降至目前速率的 80 倍左右，大約 7 億年後，到赫斯珀里亞紀末期，該速率開始類似於今天所見。 備註和參引 參考書目和推薦閱讀 Category 火星地質年代 Category 挪亞區 Category 地層單位