火星雅丹地貌类型划分及其形态学特征

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00142

摘要/Abstract

摘要：

雅丹地貌是火星表面分布最广泛的风成地貌类型之一，蕴含着丰富的火星环境及火星表面演化历史信息。本研究基于HiRISE、CTX等高分辨率遥感影像，对火星全球雅丹地貌进行形态识别与系统分析，挖掘其蕴含的火星环境信息及地貌学意义。结果表明：火星雅丹类型复杂多样，采用形貌学分类方法并综合考虑形态细节，共划分出17种火星雅丹，特别是存在地球上罕见的双向型雅丹和V型雅丹；火星雅丹形态参数概率累积曲线均出现断点和转折，表明其存在不同群组特征，雅丹规模差异显著；火星雅丹各形态参数间存在一定相关性，但这种相关关系与地球雅丹之间存在差异，指示火星雅丹可能存在多种演化模式。火星雅丹整体规模大于地球，但各类型雅丹长宽比与地球较为相似，说明无论长宽如何变化，形成某种特定类型雅丹的长宽比较为一致。火星雅丹长宽比以小于2∶1以及大于6∶1为主，指示火星雅丹可能并不处于发育的成熟阶段。

关键词: 火星, 雅丹, 分布, 分类, 形态特征

Abstract:

Yardang landform is one of the most widely distributed aeolian landforms on Mars， which contains abundant information about the Martian environment and the evolution history of the Martian surface. This study identifies and systematically analyzes the morphological characteristics of the global yardang landforms on Mars， and explores the Martian environmental information and geomorphological significance contained in the Martian yardangs by HiRISE images， CTX images， and other multi-source remote sensing images. The results show that the Martian yardang types are complex and diverse. By using the morphological classification methods and considering the morphological details， 17 types of yardangs on Mars are identified， among which bidirectional yardangs and V-shaped yardangs are rarely found on Earth. The probability cumulative curves of the morphological parameters of the yardangs on Mars all exhibit breakpoints and turning points， indicating that there are different group characteristics in the morphological parameters of the yardangs， and there is a significant difference in the scale of the yardangs. Although there is a certain correlation between the morphological parameters of the Mars yardang， this correlation differs from that of yardangs on Earth， indicating that there may be multiple evolution modes of the Martian yardang. The overall size of the Martian yadangs is larger than that of the Earth， but the length-width ratio of the Yardangs on Mars is similar to that of the Earth， indicating that the length-width ratio of a specific type of yardang is consistent regardless of changes in length and width. The length-to-width ratio of Martian yardangs are mainly less than 2∶1 and greater than 6∶1， indicating that Martian yardangs may not be in the mature stage of development.

Key words: Mars, yardang, distribution, classification, morphological characteristics

中图分类号:

P931.3

石唯康, 马芳, 陈国祥, 杨军怀. 火星雅丹地貌类型划分及其形态学特征[J]. 中国沙漠, 2025, 45(6): 194-205.

Weikang Shi, Fang Ma, Guoxiang Chen, Junhuai Yang. Classification and morphological characteristics of yardang landforms on Mars[J]. Journal of Desert Research, 2025, 45(6): 194-205.

图/表 8

参考文献 49

[1]	Hedin S.Central Asia and Tibet［M］.New York，USA：Scribners，1903.
[2]	Halimov M， Fezer F.Eight yardang types in central Asia［J］.Zeitschrift Fur Geomorphologie，1989，33（2）：205-217.
[3]	Cooke R U， Goudie A S， Warren A.Desert Geomorphology［M］.London，UK：UCL Press，1993.
[4]	梁晓磊，程志花，翟晓慧，等.敦煌雅丹地层易溶盐特征及其对沉积环境的指示意义［J］.中国沙漠，2024，44（2）：109-120.
[5]	Hu C， Chen N， Kapp P，et al.Yardang geometries in the Qaidam Basin and their controlling factors［J］.Geomorphology，2017，299：142-151.
[6]	夏训诚.罗布泊地区雅丹地貌的成因［M］//罗布泊科学考察与研究.北京：科学出版社，1987.
[7]	Brookes I A.Aeolian erosional lineations in the Libyan Desert，Dakhla Region，Egypt［J］.Geomorphology，2001，39（3）：189-209.
[8]	丁召静，赖忠平，王江.雅丹演化研究的进展与展望［J］.地球环境学报，2024，15（4）：566-582.
[9]	Dong Z B， Lv P， Lu J F，et al.Geomorphology and origin of yardangs in the Kumtagh Desert［J］.Northwest China［J］.Geomorphology，2012，139/140（2）：145-154.
[10]	Wang Y J， Wu F D， Zhang X J，et al.Formation and evolution of yardangs activated by Late Pleistocene tectonic movement in Dunhuang，Gansu Province of China［J］.Journal of Earth System Science，2016，125（8）：1603-1614.
[11]	牛清河，屈建军，柳本立，等.雅丹地貌形成年代研究方法简评与应用［J］.海洋地质与第四纪地质，2013，33（4）：201-208.
[12]	Brookes I A.Geomorphology and Quaternary geology of the Dakhla Oasis Region，Egypt［J］.Quaternary Science Reviews，1993，12（7）：529-552.
[13]	Drake N A， Lem R E， Armitage S J，et al.Reconstructing palaeoclimate and hydrological fluctuations in the Fezzan Basin （southern Libya） since 130 ka：a catchment-based approach［J］.Quaternary Science Reviews，2018，200：376-394.
[14]	McCauley J F， Grolier M J， Breed C S.Yardands［M］//Geomorphology in Arid Regions，1977：233-269.
[15]	Ward A W.Yardangs on Mars：evidence of recent wind erosion［J］.Journal of Geophysical Research：Solid Earth，1979，84（B14）：8147-8166.
[16]	Ward A W， Greeley R.Evolution of the yardangs at Rogers Lake，California［J］.Geological Society of America Bulletin，1984，95（7）：829-837.
[17]	Barchyn T E.Modeling the mechanisms behind yardang evolution［J］.Journal of Geophysical Research：Earth Surface，2018，123（4）：618-621.
[18]	Mandt K E， de Silva S L， Zimbelman J R，et al.Origin of the medusae fossae formation，Mars：insights from a synoptic approach［J］.Journal of Geophysical Research Planets，2008，113（E12）：1-15.
[19]	Le Deit L， Hauber E， Fueten F，et al.Sequence of infilling events in Gale Crater，Mars：results from morphology，stratigraphy，and mineralogy［J］.Journal of Geophysical Research Planets，2013，118（12）：2439-2473.
[20]	Desai A J， Murty S.Morphology of Yardangs within Nicholson Crater，Mars，records of past fluvial and aeolian activities［J］.Journal of the Indian Society of Remote Sensing，2016，44（6）：933-948.
[21]	Mandt K E， de Silva S L， Zimbelman J R，et al.Distinct erosional progressions in the Medusae Fossae Formation，Mars，indicate contrasting environment conditions［J］.Icarus，2009，204（2）：471-477.
[22]	李露露.火星雅丹地貌研究［D］.西安：陕西师范大学，2018.
[23]	Liu J， Di K， Gou S，et al.Mapping and spatial statistical analysis of Mars Yardangs［J］.Planetary and Space Science，2020，192：105035.
[24]	Kerber L， Head J W.A progression of induration in Medusae Fossae Formation transverse aeolian ridges：evidence for ancient aeolian bedforms and extensive reworking［J］.Earth Surface Processes and Landforms，2012，37（4）：422-433.
[25]	王江.火星表面雅丹地貌地质特征及古环境意义：基于柴达木盆地与Aeolis-Zephyria地区的对比研究［D］.武汉：中国地质大学，2018.
[26]	Day M， Dorn T.Wind in Jezero Crater，Mars［J］.Geophysical Research Letters，2019，46（6）：3099-3107.
[27]	Ehlmann B L， Mustard J F， Murchie S L，et al.Subsurface water and clay mineral formation during the early history of Mars［J］.Nature，2011，479（7371）：53-60.
[28]	Mustard J F， Murchie S L， Pelkey S M，et al.Hydrated silicate minerals on Mars observed by the Mars Reconnaissance Orbiter CRISM instrument［J］.Nature，2008，454（7202）：305-309.
[29]	Head J W.Northern lowlands of Mars：evidence for widespread volcanic flooding and tectonic deformation in the Hesperian Period［J］.Journal of Geophysical Research，2002，107（E1）：5003.
[30]	Orosei R， Lauro S E， Pettinelli E，et al.Radar evidence of subglacial liquid water on Mars［J］.Science，2018，361（6401）：490-493.
[31]	肖龙.行星地质学［M］.北京：地质出版社，2013.
[32]	Carr M， Kuzmin R， Masson P.Geology of Mars［J］.Episodes，1993，16（1/2）：307-315.
[33]	Bandfield J L， Hamilton V E， Christensen P R.A global view of martian surface compositions MGS-TES［J］.Science，2000，287（5458）：1626-1630.
[34]	胡程青.基于多源遥感影像的柴达木盆地雅丹几何学和控制因素［D］.杭州：浙江大学，2017.
[35]	宋昊泽，杨小平，穆桂金，等.罗布泊地区雅丹形态特征及演化过程［J］.地理学报，2021，76（9）：2187-2202.
[36]	李露露，董治宝，李超，等.火星和地球雅丹形态学类比分析：以埃律西昂平原和柴达木盆地为例［J］.中国沙漠，2018，38（4）：716-723.
[37]	Bradley B A， Sakimoto S， Frey H，et al.Medusae fossae formation：new perspectives from Mars global surveyor［J］.Journal of Geophysical Research Atmospheres，2002，107（E8）：1-2.
[38]	牛清河，屈建军，李孝泽，等.雅丹地貌研究评述与展望［J］.地球科学进展，26（5）：516-527.
[39]	Li J， Dong Z， Qian G，et al.Yardangs in the Qaidam Basin，northwestern China：distribution and morphology［J］.Aeolian Research，2016，20：89-99.
[40]	潘大东，林永崇.新疆罗布泊雅丹地貌形态特征分析［J］.干旱区资源与环境，2022，36（6）：157-163.
[41]	林桂权，林永崇，王雪萍.新疆罗布泊地区白龙堆雅丹地貌形态特征及成因研究［J］.干旱区地理，2021，44（5）：1309-1316.
[42]	元伟涛.基于遥感和WRF风场模拟的敦煌雅丹地貌成因分析［D］.武汉：中国地质大学，2020.
[43]	欧阳自远，邹永廖.火星科学概论［M］.上海：上海科技教育出版社，2017.
[44]	Tanaka K L.Dust and ice deposition in the Martian geologic record［J］.Icarus，2000，144（2）：254-266.
[45]	李继彦，董治宝.柴达木盆地东南部雅丹地貌形态参数研究［J］.水土保持通报，2011，31（4）：122-125.
[46]	郜学敏，屈欣，王萌，等.柴达木盆地西北部长垄状雅丹沉积物地球化学元素组成及指示意义［J］.中国沙漠，2021，41（3）：127-136.
[47]	张姚姚.柴达木盆地沙漠风能环境特征及其对风沙地貌发育的影响［D］.太原：太原师范学院，2023.
[48]	McColley S M， Head III J W， Neukum G，et al.The Medusae Fossae Formation：geological characteristics and topographic and stratigraphic relationships of the lower member along southeastern Elysium Planitia［C］//36th Annual Lunar and Planetary Science Conference.2005：1184.
[49]	Carter L M， Campbell B A， Watters T R，et al.Shallow radar（SHARAD） sounding observations of the Medusae Fossae Formation，Mars［J］.Icarus，2009，199（2）：295-302.

一级形态类型	二级形态类型	缩写	特征描述	图示
长垄状雅丹（Long-ridge）	顶面宽阔型长垄状雅丹（Broad-top long-ridge）	L-B	呈长条形，顶面宽阔，连续性较差，有明显走向，雅丹间距及两翼坡度相对较小	图4A
	顶面窄脊型长垄状雅丹（Narrow-top long-ridge）	L-N	呈长条形，顶面为窄脊状，连续性较好，有明显走向，雅丹间距及两翼坡度相对较大	图4B
	顶面破碎型长垄状雅丹（Friable-top long-ridge）	L-F	呈长条形，顶面粗糙且破碎，连续性较好，有明显走向，雅丹间距相对较大	图4C
方山状雅丹（Mesa）	不规则型方山状雅丹（Irregular mesa）	M-I	由不规则台地组成，形状不一，顶面平坦或粗糙，无明显走向	图4D
方山状雅丹（Mesa）	规则型方山状雅丹（Regular mesa）	M-R	呈长条形或菱形，顶面略粗糙，具有明显的排列方向和走向	图4E
锯齿状雅丹（Saw-toothed）	—	S-T	头部呈犬牙状隆起，坡度较大，走向明显，尾部连为一体或被侵蚀切割为其他类型雅丹	图4F
金字塔状雅丹（Pyramid）	—	P-M	呈锥形，形似金字塔，底部宽阔平坦，顶部呈尖脊状	图4G
残丘状雅丹（Remnant cone）	—	R-C	形状不规则，多以穹状和圆形台地为主，顶部多盖层，常与其余类型雅丹共存	图4H
穹状雅丹（Dome）	顶部平坦型穹状雅丹（Flat-top dome）	D-F	基部宽大，顶部较平坦，基部与顶部相均衡，长宽比大致相等	图4I
穹状雅丹（Dome）	顶部尖锐型穹状雅丹（Sharp-top dome）	D-S	基部宽大，顶部呈馒头状且多盖层，长宽比大致相等	图4J
V型雅丹（V）	对称型V状雅丹（Symmetrical-V）	V-S	呈V形，前缘隆起，尾部宽阔低矮，走向明显，前缘和两翼均有凹槽发育，凹槽较对称	图4K
V型雅丹（V）	非对称型V状雅丹（Asymmetric-V）	V-A	呈V形，前缘隆起变尖，尾部宽阔低矮，前缘和两翼均有凹槽发育，凹槽不对称	图4L
双向型雅丹（Bidirectional）	—	B-D	雅丹体头部和尾部之间存在30°~45°的夹角	图4M
拱背状雅丹（Hogback）	头尾尖锐型拱背状雅丹（Sharp-head hogback）	H-S	呈椭圆形，头尾较尖，两翼对称，背部有明显脊线，迎风坡陡峭，走向明显	图4N
拱背状雅丹（Hogback）	头部宽大型拱背状雅丹（Wide-head hogback）	H-W	呈流线形，头部高大宽阔，尾部呈锥形收缩，两翼对称，背部有明显脊线，迎风坡陡峭，走向明显	图4O
鲸背状雅丹（Whaleback）	—	W-B	呈流线形，头部高大宽阔，尾部呈锥形收缩，背部无明显脊线，两翼对称，走向明显，表面多被盐壳覆盖	图4P
流线状雅丹（Streamlined）	—	S-L	呈流线形，头部低矮宽阔，尾部锥形收缩变细，背部无明显脊线，两翼对称，走向明显，雅丹间距较大	图4Q

一级形态类型	二级形态类型	缩写	特征描述	图示
长垄状雅丹（Long-ridge）	顶面宽阔型长垄状雅丹（Broad-top long-ridge）	L-B	呈长条形，顶面宽阔，连续性较差，有明显走向，雅丹间距及两翼坡度相对较小	图4A
	顶面窄脊型长垄状雅丹（Narrow-top long-ridge）	L-N	呈长条形，顶面为窄脊状，连续性较好，有明显走向，雅丹间距及两翼坡度相对较大	图4B
	顶面破碎型长垄状雅丹（Friable-top long-ridge）	L-F	呈长条形，顶面粗糙且破碎，连续性较好，有明显走向，雅丹间距相对较大	图4C
方山状雅丹（Mesa）	不规则型方山状雅丹（Irregular mesa）	M-I	由不规则台地组成，形状不一，顶面平坦或粗糙，无明显走向	图4D
方山状雅丹（Mesa）	规则型方山状雅丹（Regular mesa）	M-R	呈长条形或菱形，顶面略粗糙，具有明显的排列方向和走向	图4E
锯齿状雅丹（Saw-toothed）	—	S-T	头部呈犬牙状隆起，坡度较大，走向明显，尾部连为一体或被侵蚀切割为其他类型雅丹	图4F
金字塔状雅丹（Pyramid）	—	P-M	呈锥形，形似金字塔，底部宽阔平坦，顶部呈尖脊状	图4G
残丘状雅丹（Remnant cone）	—	R-C	形状不规则，多以穹状和圆形台地为主，顶部多盖层，常与其余类型雅丹共存	图4H
穹状雅丹（Dome）	顶部平坦型穹状雅丹（Flat-top dome）	D-F	基部宽大，顶部较平坦，基部与顶部相均衡，长宽比大致相等	图4I
穹状雅丹（Dome）	顶部尖锐型穹状雅丹（Sharp-top dome）	D-S	基部宽大，顶部呈馒头状且多盖层，长宽比大致相等	图4J
V型雅丹（V）	对称型V状雅丹（Symmetrical-V）	V-S	呈V形，前缘隆起，尾部宽阔低矮，走向明显，前缘和两翼均有凹槽发育，凹槽较对称	图4K
V型雅丹（V）	非对称型V状雅丹（Asymmetric-V）	V-A	呈V形，前缘隆起变尖，尾部宽阔低矮，前缘和两翼均有凹槽发育，凹槽不对称	图4L
双向型雅丹（Bidirectional）	—	B-D	雅丹体头部和尾部之间存在30°~45°的夹角	图4M
拱背状雅丹（Hogback）	头尾尖锐型拱背状雅丹（Sharp-head hogback）	H-S	呈椭圆形，头尾较尖，两翼对称，背部有明显脊线，迎风坡陡峭，走向明显	图4N
拱背状雅丹（Hogback）	头部宽大型拱背状雅丹（Wide-head hogback）	H-W	呈流线形，头部高大宽阔，尾部呈锥形收缩，两翼对称，背部有明显脊线，迎风坡陡峭，走向明显	图4O
鲸背状雅丹（Whaleback）	—	W-B	呈流线形，头部高大宽阔，尾部呈锥形收缩，背部无明显脊线，两翼对称，走向明显，表面多被盐壳覆盖	图4P
流线状雅丹（Streamlined）	—	S-L	呈流线形，头部低矮宽阔，尾部锥形收缩变细，背部无明显脊线，两翼对称，走向明显，雅丹间距较大	图4Q

雅丹类型	长度/m		宽度/m		长宽比		间距/m
雅丹类型	范围	平均值	范围	平均值	范围	平均值	范围	平均值
L-B	100~75 240	4 934.12	17~2 893	278.42	1.85~143.73	17.09	28~1 101	205.90
L-N	180~20 280	1 503.47	20~1 103	102.68	1.59~109.37	13.72	22~2 884	184.50
L-F	160~15 440	1 286.26	17~477	89.66	2.59~85.07	14.36	29~623	122.04
M-I	32~7 767	701.73	25~3 154	414.24	1.00~10.82	1.72	48~788	204.53
M-R	40~1 480	373.68	30~1 239	194.56	1.00~7.53	2.01	34~763	166.80
S-T	3~2 002	89.20	11~1 442	103.27	0.03~5.40	0.90	12~1 119	80.62
P-M	34~307	82.24	25~250	63.87	0.83~1.96	1.32	33~492	146.97
R-C	10~827	120.72	9~665	87.64	0.14~0.14	1.41	—	—
D-S	20~3 090	139.67	10~2 670	113.79	1~4	1.24	45~3 963	384.67
D-F	20~1 600	191.54	10~1 130	161.04	1~2	1.20	73~1 805	362.07
V-S	4~2 675	196.31	2~2 810	270.71	0.05~2.02	0.71	40~3 959	368.37
V-A	14~914	221.84	32~1 382	336.82	0.22~3.27	0.70	35~808	225.83
H-S	40~902	193.78	8~352	68.10	1.50~10.40	2.88	41~730	127.76
H-W	20~957	138.01	11~465	63.30	0.60~4.72	2.17	26~990	124.00
W-B	29~1 672	142.56	15~983	72.45	1.05~5.35	2.02	19~3 247	272.99
S-L	27~876	127.09	10~368	43.02	1.03~7.45	3.02	13~767	107.11
总体	3~75 240	739.53	2~3 154	129.50	0.03~143.73	4.37	12~3 963	209.97

雅丹类型	长度/m		宽度/m		长宽比		间距/m
雅丹类型	范围	平均值	范围	平均值	范围	平均值	范围	平均值
L-B	100~75 240	4 934.12	17~2 893	278.42	1.85~143.73	17.09	28~1 101	205.90
L-N	180~20 280	1 503.47	20~1 103	102.68	1.59~109.37	13.72	22~2 884	184.50
L-F	160~15 440	1 286.26	17~477	89.66	2.59~85.07	14.36	29~623	122.04
M-I	32~7 767	701.73	25~3 154	414.24	1.00~10.82	1.72	48~788	204.53
M-R	40~1 480	373.68	30~1 239	194.56	1.00~7.53	2.01	34~763	166.80
S-T	3~2 002	89.20	11~1 442	103.27	0.03~5.40	0.90	12~1 119	80.62
P-M	34~307	82.24	25~250	63.87	0.83~1.96	1.32	33~492	146.97
R-C	10~827	120.72	9~665	87.64	0.14~0.14	1.41	—	—
D-S	20~3 090	139.67	10~2 670	113.79	1~4	1.24	45~3 963	384.67
D-F	20~1 600	191.54	10~1 130	161.04	1~2	1.20	73~1 805	362.07
V-S	4~2 675	196.31	2~2 810	270.71	0.05~2.02	0.71	40~3 959	368.37
V-A	14~914	221.84	32~1 382	336.82	0.22~3.27	0.70	35~808	225.83
H-S	40~902	193.78	8~352	68.10	1.50~10.40	2.88	41~730	127.76
H-W	20~957	138.01	11~465	63.30	0.60~4.72	2.17	26~990	124.00
W-B	29~1 672	142.56	15~983	72.45	1.05~5.35	2.02	19~3 247	272.99
S-L	27~876	127.09	10~368	43.02	1.03~7.45	3.02	13~767	107.11
总体	3~75 240	739.53	2~3 154	129.50	0.03~143.73	4.37	12~3 963	209.97