我们称地球为“蓝色星球”,这是唯一一颗已知表面有大量液态水的星球,为生命创造了条件。
水是透明的,无色无味,覆盖了地球表面的70%,在海洋、河流和云层中循环,它甚至占到了我们身体成分的60%。因为我们周围和我们体内有如此多的水,所以我们想当然地认为水是存在的,但事实上,在太阳系的其他地方几乎找不到液态水。
整个宇宙中有各种形式的水。当一个行星形成时,水和原太阳星云中的其他元素和分子会聚集在一起。但年轻的地球是由星子碰撞形成的,星子会将地球及其岩石加热到极高的温度。这一点,加上靠近年轻炎热的太阳会蒸发地球上原有的水分,表明随着地球变冷,一定有什么东西把水送到了地球。由于生命与水密不可分,揭示地球上海洋的起源将为生命是如何以及何时出现提供有趣的线索。
在恒星开始形成后,这些炽热的地狱般的行星中心的压力非常大,以至于氢原子融合产生氦原子,然后氦原子融合产生其他重原子,如铍、碳和氧原子。这个过程被称为核合成。
当恒星最终坍缩爆炸形成超新星时,这些元素遍布宇宙,合成新的物质,包括我们熟知的水分子。这些水分子存在于尘埃云中,形成了我们的太阳系,形成后这些星云和陨石、小行星等。与我们的星球发生更多的碰撞。
但是有多少水到达地球,什么时候到达?
对此我们还没有一个准确的答案:
根据一种理论,当地球刚刚形成时,即使相对较少的水到达地球。以及气温高,大气缺乏,会导致水分迅速蒸发回Tai 空,水不可能保存在地球上。
直到几亿年后,当我们的第一个大气层通过脱气的过程形成时,这个过程发生在地球核心的岩石熔化时。向地表释放火山气体会产生一层大气,可以捕获和逃逸水分子。
那么水是怎么来到地球的呢?
科学家长期以来一直怀疑大部分水来自带冰的彗星。但之前对海王星的彗星和地外天体的测量得到的数值与地球的海洋水并不十分相似,因此地球上的水可能主要来自小行星。此外,地球上还发现了45亿年前含有液态水的陨石和多种不含氘的有机化合物,都支持上述观点。
根据碳质球粒陨石(碳质球粒陨石是最原始太阳系中的演化和遗传物质,是从太阳星云形成早期幸存下来的固体物质,被认为最能保存形成太阳系的太阳星云的成分)的分析,科学家发现这些陨石不仅含有水,而且其矿物化学成分与地球岩石和与地球同时形成的小行星样品一致。
也就是太阳系形成之初的原始物种本身就含有水。这些发现表明,地球可能在形成初期积累了大量可以保留的水,尽管在没有大气层的情况下,随着时间的推移,小行星可能会带来更多的水。
相关研究也支持这一理论。对锆石的研究发现,液态水早在44亿年前地球形成后不久就存在了。
除了地球上的水从哪里来的问题,科学家们还在争论地球上原始的水是什么时候消失的。有人提出,地球形成早期的剧烈碰撞(如形成月球的碰撞)会融化整个地球表面,使其外部成为熔岩的海洋,然后蒸发掉所有的水分。还有人怀疑,地球上原来的水是在大约39亿年前的大规模轰击过程中蒸发的,当时地球不断受到大型天体的撞击。其他人给出了证据,证明地球上的水在形成时就存在。
此前公布的结果显示,太阳系早期历史中的行星迁移会严重扰乱大量小行星的轨道。特别是木星和土星的迁移,可能会将富含碳和水、形成于外小行星带雪线之外的小行星打散。其中一些会与地球相撞,并给地球带来水。
除了小行星观测和太阳系模型,科学家们还通过观测地球本身来了解水的起源。漂移的大陆和海洋地壳以及天气抹去了地球形成的线索;已知最古老的地球岩石只有大约40亿年的历史。但关于水最早历史的线索埋藏在被称为锆石的微小古代矿物颗粒中,其中一些可以追溯到43.8亿年前。锆石含有同位素氧-18和氧-16。当沉积矿物在液态水中形成时,它们比氧-16更倾向于在晶格中混合氧-18。这意味着与海水或普通地壳相比,它们含有极其丰富的氧-18。最古老的锆石表明它们的母岩浆受到了具有这一特征的沉积物的污染。
“当这些微小的锆石结晶时,它们当时熔化环境的信息会被保留下来,包括是否有水。它们就像微型时间胶囊,”美国科罗拉多大学的Stephen Mojzsis说,他是第一个测量古代锆石的人。“锆石和矿物杂质的化学特征表明,形成古锆石的岩浆受到了沉积物的污染,沉积物不是在蒸汽或冰中形成的,而是在液态水中形成的。综合起来,他们指出,44亿年前地球上就出现了海洋;这也意味着水在很久以前就来到了地球。”因此,他补充说,后期大规模撞击的影响几乎不可能蒸发地球上的所有水。
除了地球上的海洋出现的时候,我们还不知道今天地球上有多少水。地质学家对地幔的含水量只有一个粗略的数字;估计范围从10个海洋质量到刚刚超过1个海洋质量。确切的数字将对水源产生深远的影响。
无论有多少水被带到地球,小行星带中冰的发现至少部分增强了水被小行星带到地球的可能性。“从小行星带的水、柯伊伯带彗星的水到组成地球的尘埃粒子携带的水,海洋可能有很多来源,”朱威特说。"关键是要弄清楚这些不同来源的相对贡献."
上水的起源仍然未知,但在主带中发现彗星和在天体和原神上发现冰表明,太阳系中可能有远比最初想象的更多的水源和多样的来源。随着科学家继续发现有水的陆地,完善太阳系的演化模型,他们将把它作为空之间探索任务的目标,真正了解地球是如何获得海洋的。
有趣的是,化学家测试了眼泪和海水的成分,发现它们完全一样。普通人都知道眼泪是咸的,海水也是咸的...所以一位智者说:海水是佛祖的眼泪。
不管怎么说,洗澡、饮用和自来水的水并不是直接来自附近的河流和湖泊,而是经过一个混沌的宇宙长途跋涉后首先来到这里的。