水从哪里来的? 地球上的水是怎么来的

地球表面有大量的水 。如果你从太平洋上空往下看,你会看到地球看起来像一个“水球” 。据科学家估计,地球表面的水量高达130亿吨!如果将这些水平平均分配给地球上的所有人,每个人平均可以得到大约1.8亿吨 。
正是因为有大量的液态水,地球才能孕育出所有的生命,包括我们人类 。也让智商更高的人开始思考一个问题:地球哪里来的这么多水?
一般来说,这个问题有两种解释 。一种是水来自地球之外,即来自天空,另一种是水来自地球本身,即来自地下 。长期以来,科学家们一直试图弄清楚地球上的水是来自“天空”还是“地面” 。让我们找出答案 。
如上图所示,氢(H)、氦(he)、氧(O)、碳(C)是宇宙中排名前四的元素 。因为氧的化学性质非常活泼,所以氧很容易与氢反应生成水(H2O),与碳反应生成二氧化碳(CO2) 。也就是说,水和二氧化碳已经广泛存在于宇宙中 。
但是宇宙中有大量的水,并不意味着地球形成的时候就有大量的水 。
地球开始时没有现在这么大 。根据“星云理论”,地球是由许多星云吸积而逐渐形成的,是一个由小到大的渐进过程 。水是挥发性物质,也比较轻 。所以当地球的质量不得不增长到一定程度的时候,它产生的引力就可以把水束缚住 。
在地球最终形成之前,太阳已经形成并开始发光发热,其释放的能量会不断地将附近的水变成液体和气体,并将其驱赶到太阳系的外围 。这个时候地球引力很小,只能看着大量的水离自己越来越远 。当地球最终长到足以结合水时,它所在的区域几乎没有水了 。
离太阳越远,温度越低 。当被太阳赶走的水超过太阳系的“雪线”(很可能位于目前火星和木星的轨道之间)时,就会凝结成固体,从而变得容易吸积 。所以“雪线”外的各种天体通常都有大量的水 。
我们可以看到,按照这种说法,地球形成后极度缺水,但在太阳系外围却富含水 。
正因为如此,科学家们大胆推测,地球上的水应该来自“天空”,即太阳系外围那些富含水的小天体,而其中最好的“候选者”当然是彗星(彗星,又称“脏雪球”,一般认为起源于太阳系外围的柯伊伯带和奥特星云,其含水量最高可超过50%) 。
然而,“彗星理论”很快被泼了一盆冷水,因为随后的观测数据显示,已知彗星所含的水的同位素比例(氘氢比)与地球上的水完全不同,于是科学家们将目光投向了“第二候选”——太阳系中的小行星 。
在地球形成的同时,太阳系中形成了大量的小行星 。由于种种原因,它们最终没有吸积成更大的天体 。直到现在,太阳系中仍然存在大量的小行星,主要分布在火星和木星轨道之间的“小行星带”中 。
由于小行星的质量很小,其轨道很容易受到其他天体引力的干扰,所以地球会时不时地捕捉到一些“疯狂飞行”的小行星 。当它们落到地球表面时,就变成了陨石 。
通过对陨石成分的分析,科学家发现陨石中确实存在水(含水量约为0.99%至20%),并且存在一种广泛存在于太阳系中的“碳质球粒陨石”,其水的同位素比例与地球上的水非常接近 。
已知迹象表明,太阳系内侧在大约38亿至41亿年前经历了一次“晚期大轰炸期”,在此期间,来自太阳系外围的大量小行星密集“轰炸”地球和月球 。显然,此时的地球已经有了足够的引力来束缚水,因此有理由推测地球上的水很可能是在这个时期获得的 。
因为“小行星理论”合理,有观测数据支持,所以获得了很多认可 。然而,2014年,在澳大利亚西北部一个山区的岩石层中发现的锆石对“小行星理论”提出了挑战 。
分析表明,这种锆石来自地球本身,距今已有44亿年的历史,这种锆石是混合岩浆与液态水反应形成的 。换句话说,早在“晚期大轰炸时期”发生之前,液态水就已经在地球上存在了 。
为什么会这样?简单解释就是水应该来自“地下” 。这种观点认为,在太阳系形成之初,一些水可以以化学键、结晶水等多种形式存在于矿物中,这种矿物可以在地球形成过程中被增生 。
随着原始地球的质量逐渐增大,能够吸收的物质越来越多,原始地球被撞击的频率也越来越高 。物质的动能不断转化为热量,当热量积累到一定程度,原始的地球就变成了炽热的熔融星球 。
在高温环境下,地球内部那些含水矿物中的水分会被释放出来,但此时地球引力已经可以将水分牢牢束缚,所以水在地球上是以水蒸气的形式存在空 。
在接下来的时间里,地球终于清除了空其轨道上的大部分物质 。经过频繁的碰撞,地球开始降温,逐渐形成原始地壳,水蒸气最终以液态水的形式来到地球表面,汇聚成地球上的原始海洋 。
【水从哪里来的? 地球上的水是怎么来的】那么以上哪种观点是对的呢?其实我们可以理解,上述观点应该是兼容的,也就是说,地球上的130亿吨水来自各种渠道,有些来自“天空”,有些来自“地面”,但我们还不能确定哪一个渠道的水更多 。

    推荐阅读