研究指欧罗巴冰壳或可将表面营养物质输送至地下海洋

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华盛顿州立大学和弗吉尼亚理工大学的两名地球物理学家提出,木星冰卫星欧罗巴表面在强辐射作用下形成的营养物质,可能存在一条可行路径穿透其厚厚冰壳,进入地下海洋。

欧罗巴被认为拥有一个全球性液态海洋,其所含水量被指超过地球所有海洋的总和。不过,这一海洋被一层厚冰壳覆盖,阳光无法直接到达海洋内部。研究指出,在这种环境下,若欧罗巴海洋中存在生命,其营养和能量来源必须不同于依赖太阳辐射的地球表层生态系统,这一问题长期是欧罗巴适居性研究的核心之一。

欧罗巴表面持续受到来自木星的强烈辐射轰击。研究介绍,这些辐射与欧罗巴表面的盐类及其他物质发生反应,可生成对潜在海洋微生物有用的营养物质。但行星科学界一直不清楚,这些富含营养的表面冰如何穿透冰壳,输送至下方海洋。

现有观测显示,欧罗巴冰壳具有显著地质活动,主要受木星引力牵引影响。不过,研究称,这种活动以侧向运动为主,而非有利于表面物质向下输送的垂向运动,因此难以解释表层与海洋之间的物质交换机制。

为此,弗吉尼亚理工大学的奥斯汀·格林(Austin Green)和华盛顿州立大学的凯瑟琳·库珀(Katherine Cooper)借鉴地球上的地壳动力学概念,尝试为欧罗巴表面物质循环寻找解释路径。

格林表示,这一设想在行星科学领域较为新颖,其灵感来自地球科学中一个已被充分研究的概念。他称,这一思路为欧罗巴长期存在的适居性问题提供了潜在解决方案,并认为这对评估其海洋中存在地外生命的可能性具有积极意义。

两位研究人员聚焦于“地壳剥离”(delamination)概念,即地球上地壳某一区域在构造挤压和化学致密化作用下,从上部结构中脱离并下沉至地幔。研究指出,欧罗巴表面存在多个富含盐类的区域,这些盐类会增加冰的密度,使这一机制在欧罗巴上具有适用性。

此前研究显示,冰晶结构在掺杂杂质后会变弱,其稳定性低于纯冰。新研究在此基础上提出,要触发类似“剥离”的过程,欧罗巴表面冰层需要先被削弱,才能从上部结构中脱离并向冰壳内部下沉。

格林和库珀提出,当较致密、盐分较高的冰被密度更低的纯冰包围时,这些高盐冰块可能因密度差而向下沉降,进入冰壳更深处。研究认为,这一过程可在欧罗巴冰壳内部形成一种表层物质向下输送的循环机制,从而将表面在辐射作用下生成的营养物质带入地下海洋。

通过计算机模拟,两位研究人员发现,只要表面冰层存在一定程度的削弱,富含营养物质的表面冰在几乎任何盐分含量条件下,都有可能下沉至冰壳底部。研究称,这一过程相对快速,可能构成一种持续运行的物质循环机制,为欧罗巴海洋提供稳定的营养输入。

相关成果已发表于《行星科学杂志》(Planetary Science Journal)。论文题为《Dripping to Destruction: Exploring Salt-driven Viscous Surface Convergence in Europa’s Icy Shell》,作者为A.P. Green和C.M. Cooper,发表于2026年,卷7,第13号,DOI为0.3847/PSJ/ae2b6f。


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