来自恩克拉达海洋的水滴缓慢冻结解释了土星环中冰的多样性

• 卡西尼号发现了961个具有不同化学成分的冰粒。
• 实验室实验表明，冻结速度影响盐的分离。
• 地下通风口的缓慢冻结解释了化学多样性。
• 这改变了对土卫六喷泉动态的看法。

土星的卫星土卫六被厚厚的冰壳覆盖，下面隐藏着一个全球海洋。在南极地区，表面破裂，形成裂缝，水和蒸汽通过这些裂缝喷射到太空中，形成特征性的喷泉。

从2004年到2017年，卡西尼号探测器使用宇宙尘埃分析仪（CDA）测量了进入土星E环的单个冰粒的成分。科学家分析了961个所谓的富含盐的3型粒子的质量光谱，发现它们的化学成分存在显著差异。

提出问题的多样性

一些颗粒富含氯化钠，其他则是碳酸盐、磷酸盐或氯化钾。特别值得注意的是，氯化物和碳酸盐几乎从不出现在同一颗富含钠的颗粒中。如果所有颗粒都来自同一个海洋，这种多样性似乎是意外的。

为了弄清原因，东京科学研究所的地球-生命科学研究所（ELSI）科学家们创建了实验室模型。他们形成了直径从几十到两百微米的液滴，包含假定存在于恩克拉多海洋中的主要盐类，并以不同的冷却速度将其冷冻。

结果表明，在缓慢冷冻（≈10 K/分钟或更慢）时，盐分会在晶体结构内部分离到不同区域。在快速冷冻时，化学成分则更均匀地分布。因此，即使是由同一海洋水形成的水滴，在冷冻后也可能变得化学上不均匀。

研究人员推测，这些大型水滴是在地下通风口深处形成的，在那里它们缓慢移动，逐渐冷却。随着向表面的推进，它们开始冷冻，使盐分得以分离。然后，在与更狭窄的通道和加速的气流碰撞时，冷冻的水滴会破裂成小颗粒，每个颗粒都携带着独特的盐分组合。

这一模型改变了之前关于海洋喷雾瞬间冷冻并立即飞向太空的看法。现在认为，冷冻过程可能需要相当长的时间，而E环中冰的化学多样性是地下裂缝中不同冷冻速度的自然结果。

理解这些机制不仅对解释卡西尼的数据很重要，而且对评估冰下海洋的潜在宜居性也至关重要。缓慢结晶形成的化学梯度可能会创造适合微生物生命的微环境。

来源：ScienceDaily