|
Гидротермальные экзоисточники могут поддерживать жизнь
|
|
|
|
Мы все видели сюрреалистические кадры в документальных фильмах о природе, показывающие гидротермальные источники на холодном дне океана — извергающие черные столбы сверхгорячей воды - и формы жизни, которые цепляются за них. Теперь новое исследование, проведенное учеными Калифорнийского университета в Санта-Крузе, предполагает, что вентиляционные отверстия с более низкой температурой, которые распространены на морском дне Земли, могут помочь создать условия для поддержания жизни в "океанических мирах" нашей Солнечной системы. Океанические миры — это планеты и спутники, которые имеют — или имели в прошлом - жидкий океан, часто под ледяным панцирем или внутри своих скалистых недр. В Солнечной системе Земли несколько спутников Юпитера и Сатурна являются океаническими мирами, и их существование послужило мотивом для всего, начиная от рецензируемых научных исследований и космических полетов со спутниками и заканчивая популярными фильмами, такими как научно-фантастический триллер 2013 года "Отчет Европы".
|
|
|
|
Многие исследования показывают, что некоторые океанические планеты выделяют достаточно тепла внутри себя, чтобы стимулировать гидротермальную циркуляцию под их морским дном. Это тепло образуется в результате радиоактивного распада, который происходит глубоко под Землей, а дополнительное тепло, возможно, выделяется приливами. Системы "Горная порода-тепло-жидкость" были обнаружены на морском дне Земли в 1970-х годах, когда ученые наблюдали за выбросами жидкостей, которые переносили тепло, частицы и химические вещества. Многие места выброса были окружены новыми экосистемами, в том числе специализированными бактериальными матами, красно-белыми трубчатыми червями и теплочувствительными креветками. В этом новом исследовании, опубликованном сегодня в журнале Geophysical Research: Planets, исследователи использовали сложную компьютерную модель, основанную на гидротермальной циркуляции, как это происходит на Земле. Изменив такие переменные, как сила тяжести, температура, свойства горных пород и глубина циркуляции флюидов, они обнаружили, что гидротермальные источники могут поддерживаться в широком диапазоне условий. Если подобные потоки возникают в океанических мирах, таких как спутник Юпитера Европа, они могут повысить вероятность того, что там тоже существует жизнь.
|
|
|
"Это исследование предполагает, что низкотемпературные (не слишком жаркие для жизни) гидротермальные системы могли поддерживаться в океанических мирах за пределами Земли в течение времени, сравнимого с тем, которое требуется для зарождения жизни на Земле", - сказал Эндрю Фишер, ведущий автор исследования и выдающийся профессор наук о Земле и планетах (EPS) в Университете Калифорнии. Калифорнийский университет в Санта-Крусе. Система циркуляции морской воды, на которой команда основывала свои компьютерные модели, была обнаружена на морском дне возрастом 3,5 миллиона лет в северо-западной части Тихого океана, к востоку от хребта Хуан-де-Фука. Там холодная донная вода поступает через потухший вулкан (подводную гору), проходит под землей около 30 миль, а затем возвращается в океан через другую подводную гору. "Вода накапливает тепло, когда течет, и выходит более теплой, чем когда она поступала, и имеет совсем другой химический состав", - объяснила Кристин Дикерсон, второй автор статьи и кандидат наук в области наук о Земле и планетных науках.
|
|
|
|
Течение от одной подводной горы к другой обусловлено плавучестью, потому что вода становится менее плотной по мере нагревания и более плотной по мере остывания. Различия в плотности создают различия в давлении жидкости в породе, и система поддерживается самими потоками — они работают до тех пор, пока поступает достаточно тепла, а свойства породы обеспечивают достаточную циркуляцию жидкости. "Мы называем это гидротермальным сифоном", - сказал Фишер. В то время как высокотемпературные вентиляционные системы создаются главным образом за счет вулканической активности на морском дне, Фишер объяснил, что при более низких температурах гораздо больший объем жидкости поступает на морское дно Земли и вытекает из него, что обусловлено главным образом "фоновым" охлаждением планеты. "Поток воды, проходящий через низкотемпературную вентиляцию, эквивалентен по количеству сбрасываемой воды всем рекам и ручьям на Земле и отвечает примерно за четверть потерь тепла на Земле", - сказал он. "Весь объем океана закачивается на морское дно и выкачивается из него примерно каждые полмиллиона лет".
|
|
|
|
Во многих предыдущих исследованиях гидротермальной циркуляции на Европе и Энцеладе, небольшом спутнике Сатурна, рассматривались жидкости с более высокой температурой. По словам Донны Блэкман, исследователя EPS и третьего автора новой статьи, на карикатурах и других рисунках часто изображены системы на морском дне, которые выглядят как черные дымы на Земле. "Потоки с более низкой температурой, по крайней мере, так же вероятны, если не более вероятны", - сказала она. Команда была особенно взволнована одним результатом компьютерного моделирования, представленным в новой статье, показывающим, что при очень низкой силе тяжести, подобной той, что наблюдается на морском дне Энцелада, циркуляция может продолжаться при низких или умеренных температурах в течение миллионов или миллиардов лет. Это могло бы помочь объяснить, как на небольших океанических планетах могут существовать долговечные системы циркуляции жидкости под морским дном, даже при ограниченном нагреве: низкая эффективность отвода тепла может привести к значительному увеличению срока службы - по сути, на протяжении всего срока службы Солнечной системы.
|
|
|
|
Планетологи изучают наблюдения со спутников, чтобы помочь определить, какие условия существуют или возможны в океанических мирах. Авторы новой статьи планируют присутствовать на запуске космического аппарата Europa Clipper этой осенью на мысе Канаверал, штат Флорида, вместе с коллегами, участвующими в проекте "Исследуя океанские миры". Исследователи признают неопределенность в отношении того, когда можно будет непосредственно наблюдать морское дно океанических миров на предмет наличия активных гидротермальных систем. Их удаленность от Земли и физические характеристики создают серьезные технические проблемы для космических полетов. "Таким образом, важно максимально использовать имеющиеся данные, большая часть которых собирается удаленно, и использовать знания, полученные в результате десятилетий детальных исследований аналоговых систем Earth", - заключают они в своей статье.
|
|
|
|
Источник
|
