我们都看过自然纪录片中的超现实镜头，这些镜头展示了寒冷海底的热液喷口——黑色的超热水柱喷涌而出——以及依附在其上的生命形式。现在，加州大学圣克鲁斯分校研究人员的一项新研究表明，地球海底常见的低温喷口可能有助于在我们太阳系的“海洋世界”上创造生命支持条件。

海洋世界是指拥有或曾经拥有液态海洋的行星和卫星，这些海洋通常位于冰壳之下或岩石内部。在地球的太阳系中，木星和土星的几颗卫星都是海洋世界，它们的存在激发了从同行评议的学术研究和带有卫星的航天器任务到热门电影(如2013年的科幻惊悚片《木卫二报告》)等各种研究。

许多研究表明，一些海洋星球内部释放的热量足以驱动海底热液循环。这些热量是由放射性衰变产生的，就像地球深处发生的一样，潮汐也可能会产生额外的热量。

20世纪70年代，科学家在地球海底发现了岩石-热-流体系统，当时他们观察到喷口处有液体喷出，这些液体携带着热量、颗粒和化学物质。许多喷口周围都有新的生态系统，包括特殊的细菌垫、红白相间的管虫和热敏虾。

模拟外星海底

在今天发表于《地球物理研究杂志：行星》的这项新研究中，研究人员使用了一个基于地球上热液循环的复杂计算机模型。在改变重力、热量、岩石特性和流体循环深度等变量后，他们发现热液喷口可以在各种条件下维持。如果这种流动发生在海洋世界，如木星的卫星木卫二上，它们可能会增加那里存在生命的可能性。

“这项研究表明，低温(对生命来说不太热)热液系统可以在地球以外的海洋世界中维持，其时间尺度与生命在地球上扎根所需的时间尺度相当，”这项研究的主要作者、加州大学圣克鲁斯分校地球与行星科学(EPS)杰出教授安德鲁·费舍尔说。

该团队基于其计算机模型建立的海水循环系统位于西北太平洋胡安德富卡海岭以东的350万年前的海底。在那里，凉爽的底层水通过一座死火山(海山)流入，在地下流动约30英里，然后通过另一座海山流回海洋。“水在流动过程中会聚集热量，流出时比流入时更热，而且化学性质也大不相同，”该论文的第二作者、地球和行星科学博士候选人克里斯汀·迪克森(KristinDickerson)解释道。

从一个海山流向另一个海山的流动是由浮力驱动的，因为水在变暖时密度变小，在冷却时密度变大。密度的差异导致岩石中流体压力的差异，而该系统由流动本身维持——只要有足够的热量供应，岩石特性允许足够的流体循环，流动就会持续下去。“我们称之为热液虹吸，”费舍尔说。

地球的冷却系统

虽然高温喷口系统主要由海底火山活动驱动，但费舍尔解释说，在较低温度下，流入和流出地球海底的流体量要大得多，这主要是由地球的“背景”冷却所驱动。“从排放的水量来看，流经低温喷口的水流量相当于地球上所有河流和溪流的总和，约占地球热量损失的四分之一，”他说。“大约每50万年，整个海洋的体积就会被泵入和泵出海底。”

此前，许多关于木卫二和土卫二(绕土星运行的一颗小卫星)热液环流的研究都考虑了高温流体。EPS研究员、新论文第三作者DonnaBlackman表示，卡通和其他图画经常描绘海底系统，看起来像地球上的黑烟囱。“低温流动至少同样可能出现，甚至更有可能出现，”她说。

该团队对新论文中计算机模拟的一项结果特别兴奋，该结果显示，在非常低的重力条件下(如土卫二海底)，环流可以在低温至中等温度下持续数百万年或数十亿年。这可能有助于解释小型海洋世界如何在加热有限的情况下在其海底下拥有长寿命的流体循环系统：低效率的热量提取可能导致相当长的寿命——基本上是整个太阳系的生命周期。

行星科学家正在寻求卫星观测结果，以帮助确定海洋星球上存在或可能存在哪些条件。新论文的作者计划今年秋天晚些时候与参与探索海洋世界项目的同事一起参加在佛罗里达州卡纳维拉尔角举行的欧罗巴快船航天器的发射。

研究人员承认，何时可以直接观测到海洋世界的海底是否存在活跃的热液系统尚不确定。它们与地球的距离和物理特性对航天器任务提出了重大技术挑战。“因此，充分利用现有数据(其中大部分是远程收集的)并利用数十年来对模拟地球系统的详细研究的理解至关重要，”他们在论文中总结道。

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