现代地球的板块边缘、俯冲带和洋中脊海底也存在大量的热液区 , 地壳深部的流体上涌形成“黑烟囱” 。 大量化能微生物以水岩反应产生的氢气、甲烷为美食 , 构成食物链的基础 , 与相对高等的生物 , 比如虾、海葵、蟹、鱼类共同构成一个复杂的生态系统 , 在这些看似暗无天日的深海悠然自得地生活 。
“冰雪公主”的温柔内心
放眼太阳系 , “五环”的小行星带相当于城乡接合带 , 在此之外的水多数以固态形式存在 , 因此这一条模糊的界线又被称为“雪线” 。 “雪线”之外看似冰天雪地、偏远荒芜 , 有没有好地段适合生命的生存与繁衍呢?
“五环”外的这一片广阔区域荒芜之地 , 是气态巨行星的地界 。 以目前人类的认知 , 巨行星主要由氢组成 , 还没有发现具有生命存在的宜居环境 , 而巨行星的卫星却是类似地球的岩石质星球 , 这些卫星中有些表面被冰覆盖 , 生命的秘密也许就藏在这些冰卫星的内部 。
目前人类发现木卫二、土卫二具有典型的、以表面冰壳和冰下液态水为主的海洋 , 为什么在太阳系“雪线”之外如此低温的环境 , 还存在大量有液态水的海洋?地球到太阳的距离是1个天文单位(1AU=1.496×108千米) , 木星和土星到太阳的距离分别是5.2 AU和9.6 AU , 那么同样的面积在木星和土星表面接收到太阳的能量分别是在地球表面的1/27和1/92 , 如此低的能量输入应该不能维持其周围的冰卫星上液态水的长期存在 , 因此木卫二、土卫二应该有别的能量来源维持水的液态 。
木星、土星有巨大的质量 , 周围有好几十颗卫星 , 卫星的轨道参数差异很大 。 这些巨大而复杂的引力相互作用 , 产生潮汐力 , 木卫二、土卫二就像面粉被不断地“揉搓” , 内部积累大量的热量而保持活跃的地质活动与圈层互动 。 木星的另一个卫星木卫一表面没有被冰层覆盖 , 因此可以观测到现在仍然发生着活跃的火山地质活动 , 这是木星的卫星在引力潮的驱动下保持活力的典型证据之一 。
木卫二、土卫二的表面由于被冰层覆盖 , 不能直接观测到海底的火山地质活动 。 然而根据目前的观测数据和理论模型 , 这两个冰卫星的冰下海洋底部存在火山活动引起的热液区 。 热液区很可能独立演化出生命 , 甚至存在类似地球海底热液区的复杂生态系统 。
根据地球生命演化和地质历史来看 , 25亿年前地球发生了大氧化事件 , 大气出现稀薄的氧气和臭氧层 , 表层海水被氧化 , 这之后真核多细胞生物开始出现;在距今6亿~5亿年前发生新元古氧化事件 , 大气氧浓度进一步升高 , 深层海水也被氧化 , 复杂的生物开始快速演化(埃迪卡拉纪和寒武纪生命大爆发) 。 氧气浓度是真核多细胞复杂生物的一个限制因素 , 氧化性的环境有利于复杂生命的产生和生存 。
木卫二、土卫二的海底热液可以给海水输送还原性的流体 , 而表层的冰面在宇宙辐射和木星、土星磁层所捕获的高能粒子辐射下 , 产生化学反应而分解出氧化-还原对 , 还原性的氢逃逸到宇宙 , 而氧化性的物质则随着冰层的运动从表层进入底层的海水中 。 较热的还原性流体从海底往上涌 , 较冷的含氧化性物质的冰水从顶部冰盖下降 , 氧化+还原性的物质在海水中某些位置交汇 , 给生命的代谢提供良好的环境和能量供给 。
目前观测到木卫二表面有稀薄的氧气 , 这也进一步显示冰盖下的海水可能是氧化性的 , 为其海底复杂生命的存在提供了环境条件和能量基础 。 地外海洋的海底存在外星怪兽 , 不是没有可能的 。
因此 , 木卫二、土卫二这两位“冰雪公主”冷若冰霜的外表下却有颗“温柔的内心” , 表面冰壳下的海洋中很可能存在孕育生命的宜居环境 。
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