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
- Cassini обнаружил 961 ледяных частицы с разным химическим составом
- Лабораторные эксперименты показали, что скорость замерзания влияет на разделение солей
- Медленное замерзание в подземных вентиляторах объясняет химическое разнообразие
- Это меняет представления о динамике гейзеров Энцелада
Спутник Сатурна Энцелад покрыт толстым ледяным панцирем, под которым скрывается глобальный океан. В районе южного полюса поверхность раскалывается, образуя трещины, через которые вода и пар выбрасываются в космос, образуя характерные гейзеры.
С 2004 по 2017 год космический аппарат Cassini, используя анализатор космической пыли (CDA), измерял состав отдельных ледяных частиц, попадающих в кольцо E‑кольца Сатурна. Учёные проанализировали 961 спектр массы так называемых частиц типа 3, богатых солями, и обнаружили значительные различия в их химическом составе.
Разнообразие, которое ставило вопросы
Некоторые частицы оказались обогащёнными хлоридом натрия, другие — карбонатами, фосфатами или хлоридом калия. Особенно примечательно, что хлорид и карбонат почти никогда не встречаются в одной и той же частицы, богатой натрием. Если все частицы происходят из единого океана, такое разнообразие кажется неожиданным.
Для выяснения причины учёные из Earth‑Life Science Institute (ELSI) при Институте науки Токио создали лабораторные модели. Они сформировали капли диаметром от десятков до двухсот микрометров, содержащие основные соли, предположительно присутствующие в океане Энцелада, и замораживали их при разных скоростях охлаждения.
Результаты показали, что при медленном замерзании (≈10 К/мин или медленнее) соли отделяются в отдельные области внутри кристаллической структуры. При быстром замерзании химические компоненты остаются более равномерно распределёнными. Таким образом, даже капли, образованные из одной и той же океанической воды, могут после замерзания стать химически неоднородными.
Исследователи предположили, что такие крупные капли формируются в глубине подземных вентов, где они движутся медленно, постепенно охлаждаясь. По мере продвижения к поверхности они замерзают, позволяя солям разделяться. Затем, при столкновении с более узкими каналами и ускоряющимся газовым потоком, замёрзшие капли разбиваются на мелкие частицы, каждая из которых несёт уникальный набор солей.
Эта модель меняет прежнее представление о том, что океанический спрей замерзает мгновенно и сразу же вылетает в космос. Теперь считается, что процесс замерзания может занимать значительное время, а химическое разнообразие льда в кольце E‑кольца является естественным следствием разных скоростей замерзания в подземных трещинах.
Понимание этих механизмов важно не только для интерпретации данных Cassini, но и для оценки потенциальной обитаемости подледных океанов. Химические градиенты, образующиеся при медленном кристаллизации, могут создавать микросреды, пригодные для микробной жизни.
来源：ScienceDaily
