地球的水是何时怎样来到地球的?

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【新唐人北京时间2020年12月04日讯】我们把地球称为“蓝色行星”,它是已知唯一有大量液态体存在于表面的行星,为生命创造了条件。

透明,无色无味,覆盖了70%的地球表面,通过海洋,河流到云层,循环往复,它甚至占了我们身体成分的60%,由于我们身边和体内有这么多的水,让我们觉得水的存在理所当然,但是其实在太阳系的其它地方几乎找不到液态的水。

整个宇宙中水的形式多种多样。当行星形成时,原始太阳星云中的水和其他元素以及分子就会聚集起来。但是年轻的地球形成于星子的碰撞,这会把地球和它的岩石加热到极高的温度。这再加上距离年轻高温的太阳较近就会蒸干地球上的原始水,这暗示随着地球的冷却必定有东西把水送上了地球。由于生命与水密不可分,揭示地球上海洋的起源就会为生命是如何以及何时出现的提供引人入胜的线索。

在恒星开始形成之后,这些炽热的如地狱般的行星中心压力巨大,使得氢原子聚变产生氦原子,氦原子接着聚变产生其他重原子,如铍、碳以及氧原子, 这样的过程叫做核合成。

而当恒星最终坍塌爆炸形成超新星,这些元素就遍及整个宇宙并且合成新物质,其中就有我们熟知的水分子,这些水分子存在于尘云之中,尘云形成了我们的太阳系,并且在形成之后,这些星云和陨石,小行星等与我们的星球发生了更多碰撞。

小行星撞击地球(pixabay)

但多少水到达了地球,以及何时到达的地球?

我们还没有对此有准确的答案:

如果按一种理论,当地球刚刚形成之时,即使有相对少的水到达了地球。高温以及缺少大气,会导致水很快,挥发回到了太空,水就不可能保存在地球上。

直到亿万年之后,当我们的第一个大气层,通过释气过程形成的时候,这个过程发生在,岩石在地核融化的时候。释放火山气体到地表,产生了可以捕捉到,逃逸水分子的一层大气。

那么水是怎样来到地球的呢?

科学家们长期怀疑,大部分水来自带冰的彗星。但先前测量彗星和海王星外天体所得数值与地球海洋水的相似程度并不高,因此地球上的水可能主要来自小行星。此外,地球上曾发现过45亿年前含有液态水的陨石,以及多种不含氘的有机化合物,这两点均支持上述观点。

而根据碳质球粒陨石的化验(碳质球粒陨石是最原始太阳系中的演化与成因物质,它们是太阳星云形成初期幸存下来的固体物质,它被认为最能保存形成太阳系的太阳星云的成分),科学家们发现,这些陨石不仅含水,而且它们的矿物化学成分与地球岩石以及与跟地球同时期形成的小行星的样品一致。

也就是太阳系形成之初的原始物种本身就含有水分,这些发现表明了地球可能在形成的早期就累积了大量的可以保留的水,尽管在缺乏大气的情况下,尽管小行星也许会日积月累带来更多的水。

而有关的研究也佐证了这个理论。对锆石的一项研究发现,液态水早在地球形成后不久,距今44亿年前便已经存在。

除了地球上的水来自何方这个问题之外,科学家们还在争论地球上的原始水是何时流失的。一些人提出,地球形成初期的剧烈碰撞(例如形成月球的那次碰撞)会熔化地球的整个表面,使得它的外部变成一个熔岩海,进而蒸发掉所有的水。其他人则怀疑,地球上的原始水是在大约39亿年前晚期大规模轰击的过程中蒸发的,当时地球遭受到了大型天体的不断撞击。而其他人则给出了地球上的水在其形成时业已存在的证据。

之前公布的结果显示,太阳系早期历史中的行星迁移会严重地扰乱大量小行星的轨道。特别地,木星和土星的迁移可能会散射形成于外小行星带中雪线之外、富含碳和水的小行星。它们中的一些会和地球相撞,把水带到地球。

除了小行星观测和太阳系模型之外,科学家也通过观测地球自身来了解水的起源。漂移的大陆和海洋地壳以及天气都已经抹去了地球形成的线索;目前已知最古老的地球岩石只有大约40亿年。但是有关水最早历史的线索则埋藏于被称为锆石的微小古代矿物颗粒中,它们中的一些可以追溯到43.8亿年前。锆石中含有同位素氧-18和氧-16。当有沉积矿物在液态水中形成时,它们更倾向于在晶格中混入氧-18而不是氧-16。这意味着,相对于海水或者是普通地壳,它们极其富含氧-18。最古老的锆石显示形成它们的母岩浆被具有这一特性的沉积物污染了。

“当这些微小的锆石结晶时,会保留下它们当时所处的熔化环境的信息,这其中也包括是否有水存在。它们就像是微缩的时间胶囊,”第一个进行古代锆石测量的、美国科罗拉多大学的Stephen Mojzsis说,“锆石的化学特性以及矿物杂质显示形成古老锆石的岩浆被沉积物污染了,这些沉积物并非形成于蒸汽或者是冰中而是在液态水里。综合起来,它们指出44亿年前地球上就已经出现了海洋;这也意味着水是在很早很早以前来到地球上的。”他补充说,因此晚期大规模轰击的撞击蒸干地球上的所有水几乎是不可能的。

除了地球上的海洋是何时出现的之外,我们仍然不知道今天的地球上有多少水。地质学家对于地幔中的水含量仅有一个大概的数字;估计值从10个海洋质量到仅比1个海洋质量多一点不等。确切的数字会对水的来源问题产生深远的影响。

海水(pixabay)

无论有多少水被带到了地球上,在小行星带中发现冰至少部分地增强了水是由小行星带到地球上的可能性。“从小行星带中的水、柯伊伯带彗星中的水到构成地球的尘埃颗粒本身所携带的水,海洋可能有着多种源头,”Jewitt说,“其关键是搞清楚这些不同来源的相对贡献。”

地球上水的起源仍然未解,但主带彗星以及司理星和原神星上冰的发现暗示太阳系中也许有着远远多于当初想像的水源且有着多样化的源头。随着科学家不断发现有水之地并改进太阳系演化模型,他们将会以此为空间探测任务精选目标并真正了解地球是如何获得它的海洋的。

有趣的是化学家化验眼泪和海水的成分,竟发现二者的成分是完全相同的。普通人知道的是,眼泪是咸的,海水也是咸的……所以有智者说:海水是佛的眼泪。

不管怎样,洗澡用的水,饮用的水,以及自来水不是直接来自附近的河流湖泊,而是首先经历一个混沌的宇宙漫长的旅途到达这里。

(转自希望之声国际广播电台/责任编辑:叶萍)

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