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蔡誉儇,June 2, 2024
地外生命探寻是当今行星科学领域的关键科学目标，且对于潜在地外生命的认识也有助于我们理解地球生命起源的奥秘。地球之外，多个冰卫星（icy moons）也拥有液态水海洋，成为地外生命的探测热点目标。其中，土卫二（Enceladus）被认为拥有一个全球性的冰下海洋以及活跃的水-岩相互作用。此外，土卫二南极地区还有活跃的羽流喷出，其中含有多种还原性气体及丰富的有机物，因此被NASA视为最有可能发现微生物活动的地外天体之一。前人通过器测数据分析，结合实验及计算模拟，对土卫二的结构、物理性质及海水中的主量元素有了初步的认识，但对于生命所需的微量营养元素（如Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo等过渡金属元素）的可获得性及其演化规律尚存在着较大的认知空白，限制了我们全面认识土卫二海洋宜居性。
本论文利用设计水热实验（150℃、10MPa），模拟土卫二海水对底部岩石的交代反应，然后使用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）以及X射线衍射分析（XRD）等分析设备，监测反应过程中溶液pH和过渡金属元素浓度及其变化规律，并分析反应的矿物产物特征。实验结果表明：土卫二内部的水-岩相互作用可释放低含量的微量营养元素（Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo）进入海水，其中Mo浓度远高于其他元素浓度，且在碱性条件下释放更明显。实验中，所有元素浓度基本呈相同的变化趋势：先上升，后下降，并在反应后期呈反复上升下降的“振荡模式”，可能代表不同矿物反复溶解和再沉淀的过程。若不考虑污染的影响，反应溶液中的营养元素含量均超过了产甲烷作用和固氮作用等微生物代谢所需元素的含量阈值，指示土卫二热液可能支持部分生命活动。
本研究结果或许能为限定土卫二宜居性探索提供部分数据支持，研究思路也可以应用于研究其他冰卫星海洋的生命宜居性。进一步的工作需要系统考虑潜在的反应容器的污染以及其他温压条件的影响。
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