В исследовании, опубликованном в Journal of Geophysical Research: Planets, используется компьютерное моделирование, чтобы показать, что субдукция — когда тектоническая плита скользит под другую и погружается глубоко внутрь планеты — физически возможна в ледяной оболочке Европы. Полученные данные подтверждают более ранние исследования геологии поверхности Европы, в ходе которых были обнаружены регионы, в которых ледяная оболочка Луны, похоже, расширяется так же, как и хребты распространения в середине океана на Земле. Возможность субдукции добавляет еще один кусок к тектонической головоломке.
«У нас есть свидетельства расширения и распространения, поэтому возникает вопрос, куда девается этот материал?» сказал Брэндон Джонсон, доцент кафедры Земли, окружающей среды и планет Брауна и ведущий автор исследования. «На Земле ответ — зоны субдукции. Мы показываем, что при разумных предположениях для условий на Европе субдукция может происходить и там, что действительно интересно».Джонсон говорит, что отчасти радость заключается в том, что поверхностная корка обогащена окислителями и другой химической пищей для жизни. Субдукция позволяет этой пище вступать в контакт с подповерхностными слоями океана, которые, по мнению ученых, вероятно, существуют подо льдом Европы.
«Если в этом океане действительно есть жизнь, субдукция предлагает способ снабдить ее необходимыми питательными веществами», — сказал Джонсон.Субдукция на льду
На Земле субдукция в значительной степени обусловлена разницей в температуре между нисходящей плитой и окружающей мантией. Материал коры намного холоднее, чем материал мантии, и поэтому плотнее. Эта повышенная плотность обеспечивает отрицательную плавучесть, необходимую для погружения плиты глубоко в мантию.
Хотя предыдущие геологические исследования намекали, что на Европе может происходить что-то вроде субдукции, было неясно, как именно этот процесс будет работать в ледяном мире.
Есть свидетельства, говорит Джонсон, что ледяной панцирь Европы состоит из двух слоев: тонкая внешняя крышка из очень холодного льда, которая находится поверх слоя чуть более теплого конвекционного льда. Если пластину внешней ледяной крышки протолкнуть в более теплый лед внизу, ее температура быстро повысится до температуры окружающего льда. В этой точке плита будет иметь ту же плотность, что и окружающий лед, и поэтому перестанет опускаться.
Но модель, разработанная Джонсоном и его коллегами, показала, что субдукция может происходить на Европе независимо от разницы температур. Модель показала, что если бы в поверхностном ледяном панцире было разное количество соли, это могло бы обеспечить необходимую разницу в плотности для погружения плиты.
«Добавление соли к ледяной плите было бы похоже на добавление к ней небольшого веса, потому что соль плотнее льда», — сказал Джонсон. «Таким образом, вместо температуры мы показываем, что различия в содержании соли во льду могут способствовать субдукции на Европе».И есть веские основания подозревать, что на Европе действительно существуют различия в содержании соли.
Есть геологические свидетельства случайного подъема воды из подземного океана Европы — процесса, похожего на подъем магмы из мантии Земли. Этот апвеллинг оставит высокое содержание соли в коре, под которой он поднимается. Также существует вероятность криовулканизма, когда соленое содержимое океана фактически разбрызгивается на поверхность.По словам Джонсона, помимо обоснования необходимости обитания океана на Европе, исследование также предлагает новое место в солнечной системе для изучения процесса, который сыграл решающую роль в эволюции нашей собственной планеты.
«Приятно думать, что у нас может быть тектоника плит где-то еще, кроме Земли», — сказал он. «С точки зрения сравнительной планетологии, если мы теперь сможем изучать тектонику плит в этом совершенно другом месте, это могло бы помочь нам понять, как тектоника плит зародилась на Земле».Соавторы Джонсона по статье — Рэйчел Шеппард, Алисса Паскуццо, Элизабет Фишер и Шон Уиггинс — все аспиранты Брауна. Они взяли курс, который предложил Джонсон, под названием Ocean Worlds, в котором основное внимание уделялось телам, подобным Европе, которые, как считается, имеют океаны под ледяными оболочками.
«Эта статья возникла как классный проект, над которым мы работали вместе, — сказал Джонсон, — и очень здорово, что мы пришли к некоторым интересным результатам».