Les sources hydrothermales des fonds marins des « mondes océaniques » pourraient abriter la vie, selon une nouvelle étude

Nous avons tous vu des images surréalistes dans des documentaires sur la nature montrant des sources hydrothermales sur le fond glacial de l’océan – beuglant des panaches noirs d’eau très chaude – et les formes de vie qui s’y accrochent. Aujourd’hui, une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’UC Santa Cruz suggère que les évents à basse température, courants sur les fonds marins de la Terre, pourraient contribuer à créer des conditions propices à la vie sur les « mondes océaniques » de notre système solaire.

Les mondes océaniques sont des planètes et des lunes qui ont – ou ont eu dans le passé – un océan liquide, souvent sous une coquille glacée ou dans leur intérieur rocheux. Dans le système solaire terrestre, plusieurs lunes de Jupiter et de Saturne sont des mondes océaniques, et leur existence a tout motivé, depuis les études universitaires évaluées par des pairs et les missions d’engins spatiaux avec des satellites, jusqu’aux films populaires comme le thriller de science-fiction de 2013, The Europa Report.

De nombreuses lignes de recherche suggèrent que certains mondes océaniques libèrent suffisamment de chaleur en interne pour favoriser la circulation hydrothermale sous leurs fonds marins. Cette chaleur est générée par la désintégration radioactive, comme cela se produit dans les profondeurs de la Terre, avec une chaleur supplémentaire éventuellement générée par les marées.

Des systèmes roche-chaleur-fluide ont été découverts sur le fond marin de la Terre dans les années 1970, lorsque les scientifiques ont observé des fluides qui transportaient de la chaleur, des particules et des produits chimiques. De nombreux sites de ventilation étaient entourés de nouveaux écosystèmes, notamment des tapis bactériens spécialisés, des vers tubicoles rouges et blancs et des crevettes thermosensibles.

Simuler des fonds marins extraterrestres

Dans ce nouvelle étudepublié aujourd’hui dans le Journal de recherche géophysique : PlanètesLes chercheurs ont utilisé un modèle informatique complexe basé sur la circulation hydrothermale telle qu’elle se produit sur Terre. Après avoir modifié des variables comme la gravité, la chaleur, les propriétés des roches et la profondeur de la circulation des fluides, ils ont découvert que les sources hydrothermales pouvaient être maintenues dans une large gamme de conditions. Si ces types de flux se produisent sur un monde océanique, comme la lune de Jupiter, Europe, ils pourraient augmenter les chances que la vie y existe également.

« Cette étude suggère que des systèmes hydrothermaux à basse température (pas trop chauds pour la vie) auraient pu être maintenus sur des mondes océaniques au-delà de la Terre sur des échelles de temps comparables à celles requises pour que la vie s’installe sur Terre », a déclaré Andrew Fisher, auteur principal de l’étude et éminent chercheur. professeur de sciences de la Terre et des planètes (EPS) à l’UC Santa Cruz.

Le système de circulation de l’eau de mer sur lequel l’équipe a basé ses modèles informatiques a été découvert sur un fond marin vieux de 3,5 millions d’années dans le nord-ouest de l’océan Pacifique, à l’est de la crête Juan de Fuca. Là, l’eau fraîche du fond s’écoule à travers un volcan éteint (mont sous-marin), voyage sous terre sur environ 30 miles, puis retourne dans l’océan à travers un autre mont sous-marin. « L’eau accumule de la chaleur lorsqu’elle coule et en ressort plus chaude que lorsqu’elle y est entrée, et avec une chimie très différente », a expliqué Kristin Dickerson, deuxième auteur de l’article et titulaire d’un doctorat. candidat en sciences de la Terre et des planètes.

Le flux d’un mont sous-marin à un autre est régi par la flottabilité, car l’eau devient moins dense à mesure qu’elle se réchauffe et plus dense à mesure qu’elle se refroidit. Les différences de densité créent des différences de pression de fluide dans la roche, et le système est soutenu par les écoulements eux-mêmes, fonctionnant tant qu’une quantité suffisante de chaleur est fournie et que les propriétés de la roche permettent une circulation de fluide suffisante. « Nous appelons cela un siphon hydrothermal », a déclaré Fisher.

Le système de refroidissement de la Terre

Alors que les systèmes de ventilation à haute température sont principalement alimentés par l’activité volcanique sous-marine, Fisher a expliqué qu’un volume beaucoup plus important de fluide entre et sort du fond marin de la Terre à des températures plus basses, principalement dû au refroidissement « de fond » de la planète. « Le débit d’eau à travers une ventilation à basse température est équivalent, en termes de quantité d’eau rejetée, à celui de toutes les rivières et ruisseaux de la Terre, et est responsable d’environ un quart de la perte de chaleur de la Terre », a-t-il déclaré. « Le volume total de l’océan est pompé vers et hors du fond marin environ tous les demi-millions d’années. »

De nombreuses études antérieures sur la circulation hydrothermale sur Europe et Encelade, une petite lune en orbite autour de Saturne, ont pris en compte des fluides à plus haute température. Les caricatures et autres dessins représentent souvent des systèmes sur leurs fonds marins qui ressemblent à des fumeurs noirs sur Terre, selon Donna Blackman, chercheuse à l’EPS et troisième auteur du nouvel article. « Des flux à plus basse température sont au moins aussi susceptibles de se produire, sinon plus », a-t-elle déclaré.

L’équipe était particulièrement enthousiasmée par un résultat des simulations informatiques présentées dans le nouvel article montrant que, sous une très faible gravité, comme celle trouvée sur le fond marin d’Encelade, la circulation peut continuer à des températures basses à modérées pendant des millions ou des milliards d’années. Cela pourrait aider à expliquer comment de petits mondes océaniques peuvent avoir des systèmes de circulation de fluides à longue durée de vie sous leurs fonds marins, même si le chauffage est limité : la faible efficacité de l’extraction de chaleur pourrait conduire à une longévité considérable, essentiellement pendant toute la durée de vie du système solaire.

Les planétologues se tournent vers les observations des missions satellitaires pour déterminer quels types de conditions sont présentes ou possibles sur les mondes océaniques. Les auteurs du nouveau document prévoient d’assister au lancement du vaisseau spatial Europa Clipper plus tard cet automne à Cap Canaveral, en Floride, avec des collègues collaborant au projet. Explorer les mondes océaniques projet.

Les chercheurs reconnaissent l’incertitude quant au moment où les fonds marins des mondes océaniques seront directement observés pour détecter la présence de systèmes hydrothermaux actifs. Leur éloignement de la Terre et leurs caractéristiques physiques présentent des défis techniques majeurs pour les missions des engins spatiaux. « Il est donc essentiel de tirer le meilleur parti des données disponibles, dont une grande partie est collectée à distance, et de tirer parti des connaissances acquises lors de décennies d’études détaillées des systèmes terrestres analogiques », concluent-ils dans le document.