在木卫二冰冻的表面之下，隐藏着一个可能适宜生命存在的海洋——但关键的营养物质如何才能抵达那里呢？一项来自华盛顿州立大学地球物理学家的新研究揭示了营养物质如何可能从木卫二的表面进入其隐藏的海洋。木卫二是木星最大的卫星之一，被认为是太阳系中寻找地外生命最有希望的地方之一。
多年来，科学家们一直难以解释维持生命的物质如何从木卫二的表面移动到其海洋，该海洋被封存在一层厚厚的冰层之下。研究人员利用计算机模拟，灵感来自地球上一种称为地壳剥离的地质过程。他们的模型表明，富含营养物质的致密冰体可以从周围的冰层中脱离，并缓慢地穿过冰壳下沉，直至到达下方的海洋。
“这是行星科学中的一个新颖想法，灵感来自地球科学中一个已被充分理解的概念，”主要作者、弗吉尼亚理工大学博士后研究员奥斯汀·格林（Austin Green）说。“最令人兴奋的是，这个新想法解决了木卫二上一个长期存在的宜居性问题，并且是其海洋中存在地外生命前景的一个好兆头。”
这项研究发表在《行星科学杂志》（The Planetary Science Journal）上，由格林和凯瑟琳·库珀（Catherine Cooper）共同撰写。格林在华盛顿州立大学攻读博士学位期间完成了大部分工作，库珀是环境学院的地球物理学副教授兼文理学院的副院长。
木卫二拥有的液态水比地球所有海洋的总和还要多。然而，这片广阔的海洋位于一个冰壳之下，冰壳如此之厚，完全阻挡了阳光。没有阳光，木卫二海洋中的任何生命都需要替代的能源和营养物质，这引发了关于该环境是否真的能支持生命体的长期疑问。
更复杂的是，木卫二不断暴露在来自木星的强烈辐射之下。这种辐射与卫星表面的盐类及其他物质发生反应，产生可能作为微生物营养物质的化合物。虽然科学家们知道这些营养物质存在于表面，但它们如何能向下穿过冰层到达海洋，一直是个未解之谜。尽管由于木星的引力作用，木卫二的表面在地质上是活跃的，但大部分运动是横向而非纵向的，限制了表面与海洋之间的直接交换。
为了解决这个问题，格林和库珀转向地球寻求灵感。他们专注于地壳剥离，这是地球地壳的一部分被压缩、发生化学变化并变得足够致密，从而脱离并下沉到下方地幔的过程。
研究人员认为，类似的过程可能在木卫二上发生。木卫二冰壳的某些区域含有高浓度的盐分，这增加了冰的密度。先前的研究也表明，杂质会削弱冰晶的结构，使其不如纯冰稳定。要发生剥离，这些被弱化的冰需要挣脱束缚并下沉到冰壳的更深处。
研究团队提出，嵌入在更纯净冰层中的、富含盐分的重冰可以缓慢地穿过冰壳下沉，循环表面物质并将营养物质输送到海洋。他们的计算机模型表明，只要表层冰经历哪怕适度的弱化，这种下沉过程可以在很宽的盐度范围内发生。
根据模拟，这个过程在地质时间尺度上可能发生得相对较快，并且会长期重复发生。这使其成为一种潜在稳定可靠的方式，将营养物质输送到木卫二的海洋中，从而提高了生命在那里生存的可能性。
这些发现与美国国家航空航天局（NASA）的木卫二快船（Europa Clipper）任务目标高度契合，该任务已于2024年发射。该航天器设计用于利用一套科学仪器研究木卫二的冰壳、地下海洋和整体宜居性。
这项研究部分得到了美国国家航空航天局（NASA）拨款NNX15AH91G的支持，并使用了华盛顿州立大学机构研究计算中心的计算资源。
