CO2笼形物颗粒上的自保护冰层：对土卫二、冥王星及类似海洋世界的启示
地球与行星天体物理
2021-11-01 v1 大气与海洋物理
摘要
在地球及宇宙中的工程与自然条件下，某些气体水合物被发现通过冰层形成在其热力学稳定窗口之外得以稳定——这一现象称为自保护。I 型 CO2 笼形物结构上的低占据率表面区域连同自保护冰层，导致这些结构产生有效浮力，从而限制了在土卫二、冥王星及类似海洋世界中漂浮于海洋中的颗粒尺寸范围。我们此处的目标是研究 Lifshitz 力与笼形物结构上的低占据率表面区域对其通过冰层形成实现自保护的启示，提出一种基于通过色散力的多层相互作用的合理解释模型。我们预测，CO2 笼形物表面 0.01 至 0.2 m 厚冰层的生长取决于气体水合物中低占据率表面区域的存在。我们估算了有效颗粒密度，界定了在不同海洋中具有浮力的颗粒范围。在地质时间尺度上，漂浮 CO2 水合物的沉积可能导致在液态水储层之上、各自海洋世界的水冰壳层之下积累公里厚的含水合物层。在土卫二上，近地表水合物沉积的不稳定化可能导致气体压力升高，既驱动羽流又将稳定的水合物夹带至土卫二表面重新沉积或喷射进入土星 E 环。在诸如土卫二尤其是冥王星的海洋世界中，厚 CO2 水合物沉积的积累可使其海洋免于冻结。通过防止海洋世界中液态水储层的冻结，CO2 水合物层的存在可增强太阳系内及更远系外行星与系外卫星上海洋世界的可居住性。
引用
@article{arxiv.2110.15769,
title = {Self-preserving ice layers on CO2 clathrate particles: implications for Enceladus, Pluto and similar ocean worlds},
author = {Mathias Boström and Victoria Esteso and Johannes Fiedler and Iver Brevik and Stefan Yoshi Buhmann and Clas Persson and Sol Carretero-Palacios and Drew F. Parsons and Robert W. Corkery},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.15769},
year = {2021}
}