小型海洋世界的活跃海底热液系统可能支持生命

海洋世界是拥有液态海洋的行星体，通常位于冰壳之下或岩石内部。在我们自己的太阳系中，木星和土星的几颗卫星都是海洋世界。一些海洋世界被认为拥有热液循环，其中水、岩石和热量共同驱动流体进出海底。热液循环会影响海洋世界的水和岩石的化学性质，并可能有助于生命在冰面深处发展。在一项新的研究中，行星研究人员使用基于地球上一个众所周知的系统的热液循环计算机模拟来测量较低重力对比我们的地球更小的海洋世界的影响。对海洋世界(较低)重力的模拟导致流体循环与地球海底和海底下发生的流体循环非常相似，但有几个重要的区别。较低的重力会降低浮力，因此流体在加热时不会变得太轻，这会降低流速。这可以提高循环流体的温度，从而允许更广泛的化学反应，其中可能包括维持生命的反应。

20 世纪 70 年代，科学家在地球海底发现了岩石热流体系统，当时观察到有携带热量、颗粒和化学物质的流体排出。

许多喷口周围都有新的生态系统，包括特殊的细菌垫、红白相间的管虫和热敏虾。

在这项新的研究中，加州大学圣克鲁斯分校的安德鲁·费舍尔教授和同事使用了一个基于地球上热液循环的复杂计算机模型。

在改变重力、热量、岩石特性和流体循环深度等变量之后，他们发现热液喷口可以在多种条件下维持。

如果此类流动出现在海洋世界，如木星的卫星木卫二上，那么它们也可能增加那里存在生命的可能性。

费舍尔教授说：“这项研究表明，低温(对生命来说不太热)热液系统可以在地球以外的海洋世界中维持，其时间尺度与生命在地球上扎根所需的时间尺度相当。”

研究人员以之为基础建立计算机模型的海水循环系统是在胡安德富卡海岭以东的西北太平洋一处有 350 万年历史的海底发现的。

在那里，凉爽的底层水通过一座死火山(海山)流入，在地下流动约 30 英里(48.3 公里)，然后通过另一座海山流回海洋。

加州大学圣克鲁斯分校的博士生克里斯汀·迪克森 (Kristin Dickerson) 表示：“水在流动时会聚集热量，流出时的温度会比流入时更高，而且化学成分也有很大不同。”

费舍尔教授补充道：“从一座海山流向另一座海山的流动是由浮力驱动的，因为水在变暖时密度会变小，在冷却时密度会变大。”

“密度的差异导致岩石中流体压力的差异，而该系统由流体本身维持——只要提供足够的热量，并且岩石特性允许足够的流体循环，系统就会运行。我们称之为热液虹吸。”

“虽然高温喷口系统主要由海底火山活动驱动，但在较低温度下，有大量流体流入和流出地球海底，这主要受地球背景冷却的影响。”

“就排放量而言，流经低温通风口的水量相当于地球上所有河流和溪流的水量，约占地球热量损失的四分之一。”

“大约每隔五十万年，整个海洋的体积就会被泵入和泵出海底。”

之前对木卫二和土卫二热液循环的许多研究都考虑了更高温度的流体。

“卡通和其他图画经常描绘海底的系统，看起来像地球上的黑烟囱。低温流动至少同样可能出现，如果不是更有可能的话，”同样来自加州大学圣克鲁斯分校的唐娜·布莱克曼博士说。

研究结果表明，在极低重力条件下(如土卫二海底的重力条件)，环流可以在低温至中等温度下持续数百万年或数十亿年。

这可能有助于解释为什么小型海洋世界可以在其海底下拥有长寿命的流体循环系统，即使加热有限：低效率的热量提取可能导致相当长的寿命 - 基本上，在整个太阳系的生命周期中。

科学家们承认，尚不确定何时能够直接观测到海洋世界的海底是否存在活跃的热液系统。

它们与地球的距离和物理特性对航天器任务提出了重大的技术挑战。

“因此，充分利用现有数据(其中大部分是远程收集的)并利用数十年来对模拟地球系统的详细研究的理解至关重要，”作者总结道。

他们的论文发表在《地球物理研究杂志：行星》上。