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木卫二欧罗巴上可能存在的生态系统

发布日期:2022-04-05 19:00    点击次数:213

自由能源除了液态水和合适的化学元素,生命还需要自由能源。欧罗巴的冰盖会极大地限制光合作用。研究人员认为正因为如此,地球上运行的大多数代谢途径将被推定的欧洲生物拒绝。位于欧罗巴100公里深的海洋底部的热液喷口的产甲烷作用可以提供与支持陆地喷口生态系统的能量相似的能量,尽管基于光合作用的潜在年生物量产量将比陆地初级产量低108至109倍。也有可能在欧罗巴的冰壳中存在生态位,短暂的近地表液态水环境可能允许光合作用或其他代谢过程。

木星磁层中带电粒子加速引起的辐射应该同时在木卫二表面产生氧化剂和简单的有机物,科研人员认为,如果这些分子被输送到液态水层,则可以提供足以维持欧洲生态系统的自由能源。辐射还会破坏暴露的分子,导致稳态浓度。当带电粒子喷射材料时,会发生由于溅射引起的腐蚀。这种材料可能会完全丢失,或者在长达103公里的长度范围内重新分布。同时,由于小的微陨石撞击地表,会发生撞击园艺。

园艺主要是一个垂直混合过程,而溅射的主要结果是从表面的最上部稳定地去除材料。园艺和溅射在木卫二表面重要化合物的创造、破坏和保存方面相互竞争。研究人员使用在欧洲表面的溅射估计为0.2mmzyr21,以及基于月球类比的园艺估计,在平均欧洲表面年龄1000万年。因此,研究人员将氧化剂和有机分子通过溅射损失,然后再将它们种植到可以保护它们免受进一步辐射处理或溅射损失的深度。他将欧罗巴表面的相关辐射处理深度设为1微米,即入射电子的停止深度,表明大量辐射处理延伸到深度0.1厘米,表面年龄为1000万年。然而,最近的估计表明,木卫二的溅射率低了一个数量级以上,为0.02mmzyr21,并且超过107年的园艺深度为1米,而不是1-10厘米。

在这种情况下,欧罗巴表面辐射产生的氧化剂和有机物可以被垃圾有效地掩埋。定义,因此受到保护。在这里,我们为这些新估计重新评估了模型。随着我们对欧罗巴影响园艺的定量理解进一步提高,我们的结论将反过来需要重新考虑,对于2mmzyr21的溅射率,溅射在园艺上占主导地位,因此在木卫二有机会被掩埋和保存之前,材料就从木卫二表面移除。然而,对于目前最佳估计的0.02mmzyr21案例,园艺是木卫二整个地表年龄的主要过程,并且材料被掩埋的速度比通过溅射去除大部分材料的速度要快。对于107岁的平均表面年龄,园艺应延伸到1.3米的深度。在这个时间尺度上产生的辐射产物将通过这一层混合。带电粒子与水冰的相互作用会产生分子氧、过氧化氢和其他氧化剂。在木卫二上检测到过氧化氢的数量相对于水为0.13%。

为了在近地表产生与地下生态系统相关的氧化剂或有机物,必须与地下水层进行交换。欧罗巴的地质模型仍然相互矛盾。在研究人员的潮裂脊形成机制中,物质可以在海洋和地表之间交换。混沌地形的形成模型,包括在液态水或泥浆基质中漂流的地壳块,也将允许地表-海洋通信。其他模型可能不太受欢迎。如果木卫二表面的混乱地形和其他被破坏的区域是固态底辟活动的表面表现,那么了解这种机制允许地表物质与海洋交换的程度将很重要。

陆地后生动物需要高水平的溶解氧,即使在欧罗巴海洋中完全没有氧气汇的情况下,从上面衍生的H2O2中产生O2的速度也需要2亿年才能将欧罗巴的整个海洋氧化到这个水平。如果我们假设欧洲大型动物将面临与陆地大型动物相同的高能呼吸需求,我们将面临在没有光合作用的情况下找到足够的氧气生产来源的挑战。




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