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张宗斌,April 4, 2023
前言：土卫二是土星的第六大卫星。由于缺乏大气层，它的表面温度非常低，被厚厚的冰层覆盖。然而，在最近的十年里，卡西尼号观测到了土卫二极地地区喷出的一些水冰羽。这些水冰羽是土卫二表面下存在液态海洋的有力迹象。因此土卫二是潜在的地外宜居环境。
报告解读：卡西尼号宇宙尘分析仪对土卫二极地地区喷出的冰羽的分析发现主要的成分是Na+、K+、NaCl、NaHCO3、Na2CO3。这些盐的组成表明土卫二海水以NaCl为主，并且富含碳酸盐。离子和中性质谱仪发现羽流的气体主要为水蒸气、氢、甲烷、铵以及二氧化碳。
现有的生命认识表明任何星体的宜居性都依赖它的水体化学的环境特征，最直接的证据就是如下图展示的海水中的元素含量和细胞中元素含量是对应的关系。其中的最本质的原因是因为这些元素都是构成生命的基本元素，包括C、H、O、N、S、P以及构成生物酶活动中心的微量元素等等。
本工作通过理论模拟，利用EQ3NR构建了土卫二海水的平衡化学模型，主要通过热力学平衡来模拟水溶液的形态以及和它共生的矿物的形态。模型的构建通过利用前人的一些研究结果来对土卫二海水主要成分进行一个制约，包括氧化还原状态、pH等等。他们的证据主要是依赖于器测数据的观测和后续理论和实验的反演。除此之外对于Ca、Mg、Fe、Al、Si、P等微量元素，把他们假定为受控于具有最低溶解度的次生矿物的沉淀所限定。
根据计算结果，在不同的pH和氧化还原状态条件下的硫的存在形式如下图所示，在土卫二海水的碱性还原条件下，主要以HS-的形式存在，在这种情况下通过海水溶解模型的计算，硫的含量远低于现代地球海洋，主要因为S主要以HS-形式存在，同时由于Fe的存在，会以Fe的硫化物的形式沉淀，导致的S的含量较低。
此外还对Fe进行了模拟计算，由于还原的环境Fe以Fe2+形式存在，主要体现在限制铁含量的次生矿物上，以二价铁为主的还原性Fe矿物。通过模型计算得到了Fe的含量仍高于现代地球海洋，主要由于土卫二海水是还原态，Fe的次生矿物溶解度较高，虽然有次生矿物沉淀，但是含量仍高于现代地球海洋。
由于该工作研究的水体条件与地球上的一类还原性水体蛇纹石化水体类似，研究者还统计了现代地球上蛇纹石化水体的Fe、S含量，与模型的结果进行类比研究，发现数据能够很好的落在预估的区域内，证明了模型的计算结果和自然观测比较一致。除此之外进一步把土卫二海水的水化学和生物里面Redfeld ratio进行对比，最终认为硫可能是土卫二海水最重要的限制性营养元素之一
结论：
1.土卫二海水中Fe含量为10-8-10-5 mol/kg H2O,远高于现代地球海水；S含量为10-6-10-4 mol/kg H2O,远低于现代地球海水。
2.土卫二海水中Fe、S含量与地球蛇纹石化水体基本一致。
3.如果土卫二海水中存在生命，S可能是土卫二海洋的限制性营养元素。
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