Астрономы объяснили движение "тектонических плит " в ледяном панцире Европы

Научная группа во главе с Брэндоном Джонсоном (Brandon Johnson) из Брауновского университета в США объяснила движение ледяных "тектонических плит" на спутнике Юпитера Европе. Учёные выяснили, что заставляет пластины льда погружаться обратно в океан (загадка, которая долгое время не давала покоя астрономам). Оказывается, дело в содержании солей и их распределении по толще льда.

Научная статья с результатами исследования опубликована в издании Journal of Geophysical Research 4 декабря 2017 года.

"Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали о движении литосферных плит на Земле. Вкратце процесс выглядит так. Океаническая кора похожа на конвейерную ленту, которая выползает на свет божий из срединно-океанических хребтов и погружается обратно в мантию в зонах субдукции. При этом она увлекает за собой материки, что и приводит к их причудливому танцу.

Астрономы давно подозревали, что нечто подобное происходит и с ледовым панцирем Европы, под которым скрыт океан. По крайней мере, наблюдательные данные указывают, что там существуют свои "срединно-океанические хребты", из которых появляется свежий лёд.

Но, если появляется новая кора, то старая должна куда-то деваться, ведь поверхность спутника не увеличивается. То есть на ледяной луне планеты-гиганта должны быть и свои зоны субдукции, в которых лёд погружается в расположенный под ним океан.

Для погружения нужно, чтобы сумма вертикальных сил, давящих на плиту сверху вниз, превысила сумму сил, выталкивающих её снизу вверх. А это не так просто "организовать". На Земле важную роль в таком нарушении баланса играет разница температур. Плита, контактирующая с водой океана, холоднее расположенной под ней мантии. Из-за этого её плотность оказывается выше, и вес "побеждает" архимедову силу.

Пытаясь смоделировать такой же процесс на Европе, учёные давно столкнулись с трудностью. Имеются доказательства, что ледяная броня спутника двуслойная. Тонкий верхний слой соприкасается с открытым космосом и поэтому очень холоден. Но он служит теплоизолятором для распложенного ниже другого слоя, который чуть-чуть более тёплый.

Что происходит, если пластина верхнего холодного льда начнёт погружаться в нижележащие слои? Приняв во внимание тепловые свойства вещества, учёные подсчитали, что оно быстро нагреется. Плотность сравняется, и движение вниз закончится, едва начавшись. До недавнего времени астрономы не знали, как обойти эту проблему и "разрешить" субдукцию на Европе.

Джонсон и его коллеги показали, как можно решить эту проблему. Они построили модель, которая учитывает эволюцию температуры и пористости плиты со временем. Но главным фактором, как выяснилось, оказалось содержание солей.

Дело в том, что вода в подлёдном океане Европы, разумеется, не пресная. При её замерзании часть растворённых солей попадает в лёд. Эти вещества, согласно выводам исследователей, и должны создавать нужную разницу плотности.

Если считать, что эти соли равномерно распределены по всей толще льда, то необходимое для субдукции их содержание в ледяном панцире Европы должно быть совершенно немыслимым: около 22%. Однако авторам удалось показать, что всё меняется, если это распределение неравномерное. Если концентрация солей во льдах меняется с углублением в ледяную толщу всего на несколько процентов, то субдукция возможна при вполне реалистичных значениях солёности: всего 5%. Для сравнения: это несколько больше средней солёности Тихого океана (около 3,4%).

"Удивительно понимать, что тектоника плит есть где-то, кроме Земли", – приводит пресс-релиз слова Джонсона. У учёного есть повод для удивления. Литосферных плит нет на Марсе (чем и объясняется невероятный возраст местных вулканов), нет их и на Венере. Да и на Земле они были не всегда. Кстати, в ранней юности наша планета пережила период, когда тектонические плиты возникли на короткий период, и в этом ей помогли удары астероидов.

Но исследование интересно не только прогрессом в очень молодой науке, которую можно назвать сравнительной геологией тел Солнечной системы. Как сообщает пресс-релиз исследования, из космоса на поверхность Европы поступают вещества, которые могут "представлять интерес" для гипотетической подлёдной жизни (в возможности которой некоторые специалисты, впрочем, сомневаются). Органика есть и в метеоритах, и в кометной пыли, которые "засевают" в том числе и Европу. Погружение ледяных плит в океан может доставлять нужные вещества с поверхности прямо к столу местных бактерий.