En studie från Brown University ger nya bevis för att det isiga skalet på Jupiters måne Europa kan ha plattektonik som liknar dem på jorden. Förekomsten av plattektonisk aktivitet kan ha viktiga konsekvenser för möjligheten av liv i havet som tros existera under månens yta.

Studien, publiceras i Journal of Geophysical Research:Planeter , använder datormodellering för att visa att subduktion – när en tektonisk platta glider under en annan och sjunker djupt in i en planets inre – är fysiskt möjlig i Europas isskal. Fynden stärker tidigare studier av Europas ytgeologi som hittade regioner där månens isskal ser ut att expandera på ett sätt som liknar mitthavets spridande åsar på jorden. Möjligheten till subduktion lägger till ytterligare en bit till det tektoniska pusslet.

"Vi har dessa bevis på förlängning och spridning, så frågan blir vart det här materialet tar vägen?" sa Brandon Johnson, en biträdande professor vid Browns Department of Earth, Environmental and Planetary Sciences och en huvudförfattare till studien. "På jorden, svaret är subduktionszoner. Vad vi visar är att under rimliga antaganden om förhållandena på Europa, subduktion kan hända där också, vilket är riktigt spännande."

En del av spänningen, Johnson säger, är att ytskorpan är berikad med oxidanter och annan kemisk föda för livet. Subduktion ger ett sätt för den maten att komma i kontakt med de underjordiska havsforskarna tror troligen finns under Europas is.

"Om det verkligen finns liv i det havet, subduktion erbjuder ett sätt att tillföra de näringsämnen den skulle behöva, " sa Johnson.

Subduktion på is

På jorden, subduktion drivs till stor del av skillnader i temperatur mellan en fallande platta och den omgivande manteln. Skorpmaterial är mycket kallare än mantelmaterial, och därför tätare. Den ökade densiteten ger den negativa flytkraft som behövs för att sänka en platta djupt in i manteln.

Även om tidigare geologiska studier hade antytt att något som subduktion skulle kunna hända på Europa, det var inte klart exakt hur den processen skulle fungera i en isig värld. Det finns bevis, Johnson säger, att Europas isskal har två lager:ett tunt yttre lock av mycket kall is som sitter ovanpå ett lager av något varmare, konvektion av is. Om en tallrik från det yttre islocket pressades ner i den varmare isen nedanför, dess temperatur skulle snabbt värmas till den omgivande isen. Vid punkten, plattan skulle ha samma täthet som den omgivande isen och skulle därför sluta sjunka.

Men modellen utvecklad av Johnson och hans kollegor visade ett sätt som subduktion kunde ske på Europa, oavsett temperaturskillnader. Modellen visade att om det fanns olika mängder salt i ytisskalet, det skulle kunna ge de nödvändiga densitetsskillnaderna för en platta att subducera.

"Att tillsätta salt till en isplatta skulle vara som att lägga till små vikter till den eftersom salt är tätare än is, "Sa Johnson." Så snarare än temperatur, vi visar att skillnader i salthalten i isen kan möjliggöra subduktion på Europa."

Och det finns goda skäl att misstänka att det finns variationer i salthalt på Europa. Det finns geologiska bevis för tillfälligt vattenuppvallande från Europas underjordiska hav - en process som liknar uppströmningen av magma från jordens mantel. Den uppsvällningen skulle lämna hög salthalt i skorpan som den stiger under. Det finns också en möjlighet för kryovulkanism, där salt havsinnehåll faktiskt sprutar ut på ytan.

Förutom att förstärka fallet för ett beboeligt hav på Europa, Johnson säger, forskningen föreslår också en ny plats i solsystemet för att studera en process som har spelat en avgörande roll i utvecklingen av vår egen planet.

"Det är fascinerande att tänka att vi kan ha plattektonik någon annanstans än jorden, ", sa han. "Om man tänker utifrån jämförande planetologi, om vi nu kan studera plattektonik på denna helt annorlunda plats, det kanske kan hjälpa oss att förstå hur plattektoniken började på jorden."

Johnsons medförfattare på tidningen-Rachel Sheppard, Alyssa Pascuzzo, Elizabeth Fisher och Sean Wiggins - är alla doktorander vid Brown. De tog en klass som Johnson erbjöd som heter Ocean Worlds, som fokuserade på kroppar som Europa som tros ha hav under isiga skal.

"Detta papper uppstod som ett klassprojekt vi gjorde tillsammans, "Johnson sa, "och det är spännande att vi kom fram till några intressanta resultat."