Состав океана на Европе может быть схож с химическим балансом на Земле

Новое моделирование океана Европы, спутника Юпитера, свидетельствует о том, что там может существовать необходимый для жизни баланс химической энергии, несмотря на отсутствие вулканической гидротермальной активности.

Ученые упорно верят, что Европа скрывает глубокий океан соленой жидкой воды под своей ледяной оболочкой. Имеет ли спутник сырье и химическую энергию в правильных пропорциях для поддержки биологии является предметом интенсивного научного интереса. Ответ на этот вопрос может зависеть от того, присутствуют ли на Европе условия, где химические вещества обладают необходимым сочетанием для питания биологических процессов. Жизнь на Земле использует такие ниши.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Geophysical Research Letters, ученые из Лаборатории реактивного движения NASA сравнили потенциал Европы в производстве водорода и кислорода с земным потенциалом, используя процессы, которые не связаны с вулканизмом. Баланс этих двух элементов является ключевым показателем энергии для жизни. Исследование показало, что цифры сопоставимы по своим масштабам: в обоих мирах производство кислорода примерно в 10 раз выше, чем производство водорода.

В работе обращается внимание на то, как скалистый облик Европы может быть гораздо более сложным и похожим на Землю, чем принято считать. «Мы изучаем инопланетный океан, используя методы, разработанные для понимания движения энергии и питательных веществ в системе Земли. Круговорот кислорода и водорода в океане Европы будет одним из основных стимулов химических процессов океана Европы», — сказал Стив Вэнс, планетолог NASA и ведущий автор исследования. Вэнс и его коллеги хотят также понять круговорот других основных элементов жизни инопланетного океана: углерода, азота, фосфора и серы.

В рамках своего исследования ученые подсчитали, сколько водорода может быть произведено в океане Европы в процессе серпентинизации, при котором морская вода реагирует с камнем. В этом процессе вода просачивается в промежутки между зернами минералов и вступает в реакцию с горной породой, образуя новые минералы и выделяя водород.

Исследователи рассмотрели, каким образом трещины на дне Европы раскрываются с течением времени, пока каменистая луна продолжает остывать спустя миллиарды лет с начала существования. В океанической коре Земли такие переломы, как полагают ученые, проникают на глубину от 5 до 6 километров. В современной Европе вода может проникать на 25 километров, запуская ключевые химические реакции в более глубокой фракции океанического ложа.

Другая половина химической энергии жизненного уравнения Европы должна обеспечиваться окислителями – кислородом и другими соединениями, которые могут вступать в реакцию с водородом, циркулирующим в океане. Европа купается в радиации от Юпитера, которая раскалывает на части молекулы водяного льда, создавая эти материалы. Ученые сделали вывод, что поверхность Европы в настоящее время противоположна внутренней области и может вносить окислители в океан.

«Окислители от льда подобны положительному полюсу батареи, а химические вещества со дна моря, так называемые восстановители, подобны отрицательному полюсу. Провоцирует ли эта цепочка биологический процесс? Вот, что побуждает нас на исследование Европы», – сказал Кевин Хэнд, ученый-планетолог из Лаборатории реактивного движения, соавтор исследования.

Скалистый Ио является самым вулканически активным телом в Солнечной системе, за счет тепла, вырабатываемого растяжением и сжатием из-за гравитации Юпитера во время вращения спутника вокруг планеты. Ученые считали возможным, что Европа может также иметь вулканическую активность, а также гидротермальные жерла, где насыщенная минералами горячая вода поднимается с морского дна.

По словам Вэнса, исследователи ранее предполагали, что вулканизм имеет первостепенное значение для создания обитаемой среды в океане Европы. Если такая деятельность не происходит на каменистом дне, большой поток окислителей с поверхности сделает океан слишком кислым и токсичным для жизни. «Но на самом деле, если камень холодный, это благоприятствует переломам, что позволяет производить огромное количество водорода в ходе серпентинизации и удерживать окислители в соотношении, сравнимом с тем, что присутствует в океанах Земли», – сказал Вэнс.

NASA в настоящее время разрабатывает миссию для изучения Европы и пригодности для жизни. В 2020-х годах NASA направит космический корабль на длинную перекрученную орбиту вокруг Юпитера, чтобы выполнять повторяющиеся близкие пролеты над Европой. Во время этих пролётов, миссия будет получать изображения с высоким разрешением, определять состав поверхности ледяной луны и ее слабой атмосферы, а также исследовать ледяную оболочку, океан и глубины.