2025年大學《行星科學》專業(yè)題庫——火星冰川變遷對氣候的影響考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述火星上水冰存在的主要形式及其空間分布特征。二、對比說明火星水冰冰川和干冰冰川在形態(tài)特征、形成條件及運動方式上的主要區(qū)別。三、闡述火星極地冰帽的構成及其在火星氣候系統(tǒng)中的重要作用。四、解釋什么是冰反照率效應，并說明其如何影響火星表面的能量平衡。五、描述火星冰川消融的幾種主要機制，并分析其中哪種機制在火星不同緯度和不同時期可能占主導地位。六、火星的全球性冰期-間冰期循環(huán)與大氣中二氧化碳濃度的變化之間存在怎樣的耦合關系？請解釋其中的物理過程。七、列舉三種用于探測火星冰川的主要遙感技術，并簡述其中一種技術的原理及其在獲取冰川信息方面的優(yōu)勢。八、分析觀測到的火星近期冰川退縮現(xiàn)象可能對火星未來氣候產(chǎn)生哪些潛在的長期影響。九、火星上的冰川活動如何影響地貌的形成與演化？請舉例說明。十、結合當前火星探測任務獲取的數(shù)據(jù)，討論科學家們如何研究過去火星表面是否存在大規(guī)模液態(tài)水冰川。試卷答案一、火星上水冰存在的主要形式包括：極地冰帽中的固態(tài)水冰（包括水冰和干冰/CO2冰的混合物）、中低緯度地表下的永久凍土（含水冰）、近期地質歷史時期可能存在的液態(tài)水冰川（現(xiàn)已基本消失），以及可能存在于特定環(huán)境下的水蒸氣?？臻g分布上，水冰主要集中在高緯度地區(qū)的極地冰帽，向下延伸形成凍土層；干冰主要分布在火星表面的中緯度地區(qū)，形成季節(jié)性干冰帽或覆蓋層；地下冰則廣泛存在于全球不同地區(qū)的凍土中。解析思路：本題考查對火星水冰存在形式和分布的基本認知。需要學生能夠區(qū)分不同狀態(tài)（固、液、氣）和不同形態(tài)（純冰、冰凍土、干冰混合物）的水冰，并了解其主要的地理分布規(guī)律，特別是與緯度的關系。二、火星水冰冰川主要由液態(tài)水凍結而成，通常出現(xiàn)在火星的中低緯度地區(qū)，特別是在曾經(jīng)存在或目前仍有液態(tài)水活動的區(qū)域。其形態(tài)特征多為舌狀，可伸展出多個分支（羽狀枝），前端常有冰磧物堆積。形成條件要求有持續(xù)的低溫、相對豐富的液態(tài)水供應以及合適的地形洼地。運動方式以滑動和塑性變形為主，運動速度相對較快。干冰冰川（或稱CO2冰川）主要由干冰（固態(tài)二氧化碳）構成，主要分布在火星中緯度地區(qū)。其形態(tài)特征常呈星狀或指狀，末端尖銳，側翼有羽狀分支，移動速度可能受溫度波動影響顯著。形成條件要求有充足的干冰來源和劇烈的溫度波動以提供升華/沉積驅動力。運動方式主要依靠干冰的升華、在冰體表面沉積形成壓力，推動冰體移動。兩者主要區(qū)別在于冰的成分、形態(tài)特征、形成環(huán)境和運動機制。解析思路：本題要求對比兩種不同類型的冰川。學生需要掌握各自的主要成分、典型的地貌特征、形成所需的關鍵條件（水/干冰、溫度、水汽）以及獨特的運動方式，并能清晰列出這些區(qū)別。三、火星極地冰帽主要由水冰和干冰（CO2冰）構成，是火星上最大的水冰庫。水冰部分形成于火星歷史上的濕冷時期，被保存至今；干冰部分則主要形成于當前氣候條件下的季節(jié)性凍結和積累。極地冰帽在火星氣候系統(tǒng)中扮演著關鍵角色：它是火星大氣水汽和二氧化碳的主要匯，其大小變化直接反映了火星的全球氣候變化；冰帽的表面反照率很高，對火星的輻射收支有顯著影響；冰帽的退縮或擴張過程伴隨著大氣成分和全球溫度的變化；冰帽下的地下冰是研究火星過去環(huán)境和潛在生命的重要場所。解析思路：本題考查火星極地冰帽的組成、作用及其在氣候系統(tǒng)中的地位。學生需要知道冰帽的成分（水冰+干冰）、形成來源（過去積累+現(xiàn)在季節(jié)性），并重點闡述其在水/碳循環(huán)、能量平衡、氣候變化記錄和地下冰儲存等方面的關鍵功能。四、冰反照率效應是指不同地表覆蓋物對太陽輻射的反射能力不同所產(chǎn)生的影響。高反照率表面（如白雪、冰蓋）能反射大部分太陽輻射，使地表溫度較低；低反照率表面（如裸露的巖石、土壤）則吸收大部分太陽輻射，使地表溫度較高。火星極地冰帽具有很高的反照率，它能反射掉大量太陽輻射，從而抑制了極地及其周邊地區(qū)的升溫，維持了冰帽的穩(wěn)定。當冰帽退縮時，露出的低反照率地表會吸收更多太陽輻射，導致進一步升溫，形成正反饋，可能加速冰帽的消失和氣候變暖。解析思路：本題要求解釋一個核心氣候學概念。學生需要定義冰反照率，說明高反照率與低反照率的區(qū)別，并用火星的實際情況（冰帽與裸地）來具體闡釋該效應如何影響地表能量平衡，并可以進一步討論其正反饋作用。五、火星冰川消融的主要機制包括：升華（固態(tài)冰直接轉變成水蒸氣）、融化（冰吸收熱量變成液態(tài)水后蒸發(fā)）、風蝕（風力侵蝕冰川表面）、以及可能的冰水侵蝕（如果存在液態(tài)水）。其中，升華是火星上最主要的消融方式，尤其是在大氣干燥、溫度波動較大的中緯度地區(qū)和表面暴露的冰。在極地地區(qū)，夏季日照增強和溫度升高也會導致冰帽表面發(fā)生顯著的融化。風蝕主要影響冰川的表面形態(tài)。冰水侵蝕在火星表面相對不常見，但在特定含水環(huán)境下可能發(fā)生。在火星不同緯度，低緯度地區(qū)溫度較高、水汽含量可能相對較高，升華和融化過程更顯著；而在高緯度地區(qū)，雖然溫度低，但暴露在太陽直射下的表面也會發(fā)生升華。因此，升華機制可能在全球范圍內都起作用，但在不同區(qū)域和不同時期，主導機制可能有所不同。解析思路：本題要求列舉并解釋冰川消融的機制，并分析主導因素。學生需要知道主要的物理過程（升華、融化、風蝕等），理解火星環(huán)境（低溫、干燥、風大）對這些過程的影響，并能結合緯度等因素分析不同地區(qū)主導消融機制的可能性。六、火星的全球性冰期-間冰期循環(huán)與大氣中二氧化碳濃度的變化存在密切的耦合關系，主要體現(xiàn)在正反饋機制上。在間冰期，火星表面溫度較高，極地冰帽部分融化，導致大氣中溶解的CO2釋放出來，CO2是火星的主要溫室氣體，其濃度增加進一步增強了溫室效應，使全球溫度升高，維持或促進冰帽的穩(wěn)定。而在冰期，火星表面溫度降低，極地冰帽擴張，吸收了大氣中更多的CO2（物理吸附或化學結合），CO2濃度的降低削弱了溫室效應，導致全球溫度進一步下降，促進冰帽的進一步擴張。這種冰量變化與大氣CO2濃度的相互調節(jié)作用構成了火星氣候系統(tǒng)的一個關鍵反饋回路。解析思路：本題考查氣候耦合機制。學生需要理解冰期和間冰期時火星極地冰量的變化，以及這種變化如何通過CO2的釋放或吸收來影響大氣成分和溫室效應，從而形成一個正反饋或負反饋，最終影響全球氣候。七、用于探測火星冰川的主要遙感技術包括：高分辨率光學相機（如HiRISE）、雷達（如SHARAD、MARSIS）、熱紅外成像儀（如CRISM）。其中，高分辨率相機主要用于直接觀測冰川的形態(tài)、紋理、表面特征以及冰磧物分布，通過圖像判讀可以分析冰川的邊界變化、運動痕跡等。雷達技術（特別是穿透式雷達）能夠穿透火星表面塵?；蚋稍镅樱綔y到隱藏的冰體（如地下冰帽、冰下湖泊），并可以獲取冰的厚度、結構等信息。熱紅外成像儀則通過探測地表溫度差異來識別冰體，因為冰的導熱性和反照率與其熱慣性有關，可能導致溫度異常。這些技術在獲取冰川信息方面各有優(yōu)勢，光學相機直觀，雷達探測深度和穿透能力強，熱紅外可識別溫度異常。解析思路：本題要求列舉探測技術和闡述原理及優(yōu)勢。學生需要知道至少三種主流探測手段，能簡要說明每種技術的探測原理（工作波段、與目標相互作用方式），并指出其最擅長的信息獲取內容（形態(tài)、地下、溫度特征），以及相對于其他技術的獨特優(yōu)勢。八、觀測到的火星近期冰川退縮現(xiàn)象可能對火星未來氣候產(chǎn)生多方面的長期影響。首先，冰帽的持續(xù)退縮意味著火星上固態(tài)水資源的進一步減少。其次，冰帽退縮導致的CO2釋放可能會加劇火星的溫室效應，可能導致全球溫度進一步上升。這種升溫可能引發(fā)更多冰的融化，形成正反饋，進一步加速冰帽消失。此外，冰川退縮改變了地表反照率，低反照率地表吸收更多熱量，也可能促進氣候變暖。長期來看，如果溫室效應持續(xù)增強，可能導致火星氣候系統(tǒng)發(fā)生不可逆轉的變化，例如大氣成分進一步改變、極端天氣事件增多等。這些變化不僅影響火星的宜居性，也可能對未來的火星探測和探索活動產(chǎn)生影響。解析思路：本題要求分析冰川退縮的潛在長期后果。學生需要從水資源、大氣成分（CO2）、能量平衡（反照率）、氣候反饋機制等多個角度思考，闡述一個環(huán)境變化可能引發(fā)的連鎖反應和長期趨勢，并可以聯(lián)系到火星宜居性問題。九、火星上的冰川活動對地貌的形成與演化產(chǎn)生了顯著影響。冰川侵蝕作用能夠塑造各種冰川地貌，如U型谷（由冰蝕作用形成）、冰斗（由冰蝕作用在山麓形成）、角峰和刃脊（由冰川侵蝕殘留形成）、冰磧丘陵和冰磧平原（由冰川搬運的物質堆積形成）。冰磧物在沉積后，其不同的抗風化能力會導致地面形態(tài)的差異，形成獨特的侵蝕殘余地貌。此外，冰川退縮時融水可能引發(fā)的侵蝕作用，以及冰水沉積作用（如果存在液態(tài)水河流或湖泊），也會改造地表。因此，火星上廣泛分布的冰川地貌是過去冰川活動強有力證據(jù)，而這些地貌形態(tài)本身就是火星地質演化歷史的記錄。解析思路：本題要求舉例說明冰川活動如何影響地貌。學生需要區(qū)分冰川的侵蝕作用和搬運堆積作用，并能列舉每種作用對應的典型地貌形態(tài)，并用火星實例或普遍原理說明這些地貌是如何形成和反映冰川活動的，強調地貌是地質演化的記錄。十、結合當前火星探測任務獲取的數(shù)據(jù)，科學家們通過多種方法研究過去火星表面是否存在大規(guī)模液態(tài)水冰川。首先，利用高分辨率相機（如HiRISE）拍攝的照片，科學家們可以識別和測量火星表面發(fā)現(xiàn)的疑似古代冰川遺跡，如具有層理結構的沉積物、冰磧丘陵、以及形態(tài)上類似冰川退縮痕跡的地貌。其次，利用雷達數(shù)據(jù)（如MARSIS），科學家們可以探