图片 1木卫二,木星最大的4颗天然卫星之一,只比我们的月球小一点点。科学家最近发现,这颗冰质卫星的表面存在与地球类似的板块构造运动。图片来源:NASA

一项最新研究提供的证据表明,木卫二冰壳可能具有类似于地球的板块构造和俯冲活动,这对于研究木卫二上潜在地下海洋的生命存活条件具有重要意义。成果发表在美国地理物理学联合会《地球物理研究:行星》杂志上。

科学家已经在木星的卫星木卫二(Europa)上找到了板块构造的证据。这是我们在地球以外的另一颗星球上,首次发现此类板块飘移活动的证据。

新研究使用计算机建模来展示俯冲的过程,当一个板块在另一个板块下面滑动时,可能沉入冰壳中。研究结果显示,木卫二冰壳扩张的区域与地球洋中脊扩张相似,这也为木卫二地壳构造谜题增加了另一种解释。

科学家之前就已经找到过明确的证据,证明木卫二的冰壳正在扩张。然而,他们一直没能找到旧冰壳消失的地方——它们必须消失,才能给新扩张形成的冰壳腾出空间。

地球板块俯冲的主要驱动因素是下降板块与周围地幔之间的温度差异,地壳物质比地幔物质更冷且密度更大,因此密度的增加提供了将板块沉入地幔深处所需的负浮力。虽然以前的研究显示,木卫二可能也会发生这样的俯冲,但这个过程如何在冰冷世界运作还不甚清楚。

最近,美国爱达荷大学莫斯科分校的行星地质学家西蒙·凯滕霍恩(Simon
Kattenhorn)和美国约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室的路易丝·普罗克特(Louise
Prockter),重新检查了美国航空航天局(NASA)的“伽利略”探测器在21世纪初拍摄的木卫二照片。他们发现了一些不同寻常的地质边界。

研究主要作者、美国布朗大学环境与行星科学系教授布兰登·约翰逊说,有证据表明,木卫二的冰壳有两层,表层冰盖很薄,其下的对流冰层温度稍高。但他们的新模型显示,无论温差如何,木卫二都可能发生俯冲,因为只要两层冰壳中的盐分含量不同,就可为板块俯冲提供必要的密度差异。而现在,有充分的地质证据表明,木卫二确实存在盐含量变化。

图片 2木卫二上的水要比地球上所有海洋里的水加在一起还要多。图片来源:NASA

约翰逊说:“基于木卫二条件的合理假设认为,俯冲带活动可能存在。这一结果真令人兴奋。”俯冲过程让木卫二地壳表面富集的氧化剂和生命需要的化学物质,与可能存在的地下海洋相接触。

板块构造是一个科学理论,认为地球的外壳由一系列板块构成,它们的相对位置会发生移动,由此可以解释地球上山脉为何会隆起,火山为何会爆发,以及地震为何会发生。

约翰逊说,这项研究表明,太阳系中存在另一个供科学家研究地球演化过程关键环节的样本。

木卫二是木星的4颗最大的天然卫星之一,只比我们地球的月亮小一点点。它的表面布满了撞击坑和裂隙。科学家以前就已经知道,木卫二表面的板块也在发生位移,就像美国加利福尼亚州的圣安德鲁斯断层两侧地球的外层地壳都在朝两边移动一样。木卫二表面的许多区域都显出扩张的迹象,随着表面被撕裂开来,宽达好几千米的裂隙在撕裂位置形成,新鲜的冰物质又从冰壳以下涌上来填入新形成的裂口之中——这个过程与地球上海洋底部地壳的扩张十分相似。

在地球上,随着新的地壳物质在洋中脊处形成,旧的地壳物质会在俯冲带处被销毁。俯冲带是两个地质板块会聚重叠的区域,其中一个板块会被迫潜入另一个板块之下。然而,尽管木卫二上表面扩张的证据随处可见,科学家却一直没能确定,这颗冰质星球的表面如何能够容忍这么多新形成的物质。

研究木卫二的科学家经常会重构这颗卫星的表面板块,就像玩拼图一样,把它们摆放成原来的样子,从而想象在这些板块破裂之前,木卫二的表面看起来是什么样子。凯滕霍恩和普罗克特也对“伽利略”探测器发回的木卫二图片进行了重新“拼图”,他们发现在这颗星球北半球的高纬度地区,有超过2万平方千米的表面消失不见了。