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地球上的水到底是来自“天上”还是来自“地下”?

地球的表面分布着大量的水,如果你从太平洋的上方俯瞰,你将会看到地球像极了一个“水球”,根据科学家的估算,地球表面的水量高达130亿亿吨!假如把这些水平均分给所有的地球人,那平均每一个人大约可以分到1.8亿吨。

正是因为拥有了大量的液态水,地球才可以孕育出包括我们人类在内的所有生命,也让拥有高等智慧的人类开始思考一个问题:地球哪来这么多的水?

总的来讲,这个问题存在着两种解释,一种是这些水来自于地球之外,也就是从“天上”掉下来的,另一种则是这些水来自地球本身,也就是从“地下”冒出来的。长久以来,科学家们一直在试图搞清楚地球上的水到底是来自“天上”,还是来自“地下”,下面我们就来了解一下。

如上图所示,氢(H)、氦(He)、氧(O)、碳(C)是宇宙中排名前四的元素,由于氧元素的化学性质非常活泼,因此氧很容易与氢发生反应生成水(H2O),和碳发生反应生成二氧化碳(CO2),也就是说,水和二氧化碳在宇宙本来就是广泛存在的。

地球并不是一开始就像现在这么大,根据“星云理论”,地球是众多星云物质通过一点一点的吸积逐渐形成的,这是一个从小到大的渐进过程,而水是一种具有挥发性的物质,并且也比较轻,所以地球的质量必须要增长到一定的程度时,其产生的引力才能束缚住水。

在地球最终形成之前,太阳早已形成并且开始发光发热,其释放出的能量会不断地将其附近的水变成液态和气态,并将它们向太阳系外围驱离,而此时的地球引力很小,只能眼睁睁着看着大量的水离自己越来越远,当地球终于成长到可以束缚水的时候,它所在的区域已经几乎没有水了。

离太阳越远温度就越低,当被太阳驱离的水超过了太阳系的“雪线”(大概位于现在的火星和木星轨道之间),就会凝结成固体,从而变得很容易吸积,所以在“雪线”以外的各种天体通常都拥有大量的水。

我们可以看到,按照这样的说法,地球在形成之后是极为缺水的,而在太阳系外围却又是富含水的。

正是因为如此,科学家才大胆推测,地球上的水应该是来自“天上”,即太阳系外围的那些富含水的小天体带来的,而其中最佳的“候选者”当然就是彗星了(彗星又称“脏雪球”,一般认为它们起源于太阳系外围的柯伊伯带和奥特星云,其含水量最高可以超过50%)。

然而“彗星说”很快就被泼了一盆冷水,因为后续的观测数据表明,已知彗星所含的水的同位素比值(氘氢比)与地球上的水完全不一样,于是科学家就将目光投向了“第2候选者”——太阳系中的小行星。

在形成地球的同一时期,太阳系中也形成了数量庞大的小行星,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,它们主要分布在火星轨道与木星轨道之间的“小行星带”之中。

由于小行星质量很小,其运行轨道很容易受到其它天体的引力干扰,因此地球会时不时地捕获到一些“胡乱飞行”的小行星,当它们坠落在地球表面之后就变成了陨石。

通过对陨石成分的分析,科学家发现,陨石里确实存在着水分(含水量大概在0.99%至20%这个范围内),并且有一种在太阳系中广泛存在的“碳质球粒陨石”,其携带的水的同位素比值与地球上的水非常接近。

已知的种种迹象表明,在距今大约38亿年至41亿年前,太阳系内侧曾经历过一次“后期重轰炸期”,在这期间,大量来自太阳系外围的小行星密集“轰炸”了地球和月球。很明显,此时的地球早已拥有了足够的引力束缚住水,所以有一个合理的推测就是,地球上的水很可能是在这段时期里得到的。

由于“小行星说”合情合理,并且有观测数据的支撑,因此得到了很多认同,但在2014年的时候,一块澳洲西北山区岩石层中发现的锆石,却让“小行星说”遭到了挑战。

分析结果显示,这块锆石来自于地球本身,距今已有44亿年的历史,而这种锆石则是形成于混合岩浆与液态水发生的反应。也就是说,早在“后期重轰炸期”发生之前,地球上就已经存在着液态水了。

为什么会这样呢?一个简单的解释就是,这些水应该是来自于“地下”。该观点认为,在太阳系形成之初,有一些水能够以化学键、结晶水等多种形式在于矿物中,而这种矿物是可以在地球形成的过程中被吸积的。

随着原始地球的质量逐渐增大,其能够吸积的物质也越来越多,原始地球遭到的撞击也越来越频繁,物质的动能不断地转变成热量,当热量积累到一定程度的时候,原始地球就变成了一颗炽热的熔融星球。

在高温的环境下,地球内部的那些含水矿物中的水就会释放出来,但此时地球的引力已经可以牢牢地将这些水束缚住,所以这些水就以水蒸气的形式存在于地球上空。

在接下来的时间里,地球最终清空了其运行轨道上的绝大多数物质,没有了频繁的碰撞之后,地球开始不断降温,并逐渐形成了原始的地壳,而这些水蒸气也最终以液态水的形式来到地球表面,并汇聚成地球上的原始海洋。

那么上述的观点哪一种才是对的呢?其实我们可以这样理解,上述的观点应该是可以兼容的,也就是说,地球上130亿亿吨的水,是由多种渠道而来,它们中有些来自“天上”,而有些来自“地下”,只不过我们暂时还不能确定,到底是来自哪一种渠道的水更多。返回搜狐,查看更多

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