地球上的水到底從哪兒來

2021-01-10 新華網客戶端

 

  關於地球水的來源有許多各不相同的認識,各有各的道理,但真相究竟如何,還有待於科學家們收集更多的客觀證據,以揭開這個謎。

  眾所周知,地球表面71%的面積被水覆蓋。然而,地球上的水從哪兒來,卻始終是未解之謎。近日,關於地球上水的起源問題又有新發現。

  《自然》雜誌載文稱,德國明斯特大學的科學家通過對來自加拿大卑詩省塔吉胥湖隕石和地球地幔巖石樣品的同位素分析顯示,水在地球上出現的時間比此前預期的要晚很多。這在很大程度上反駁了此前很多科學家所持有的「水是地球形成階段時期由隕石表面的冰層轉變而來」的說法。

  行星科學家、科普作家、中國科學院國家天文臺研究員鄭永春博士接受科技日報記者採訪時表示,水是生命之源,地球上水的起源一直以來都是非常重要的科學問題。在地球演化過程中,水起到了化學反應劑和潤滑劑的作用,直接促進了地球的演化和生命的起源。地球上水的起源和形成時間,決定了地球演化的方向和生命起源的時間。

  那麼,地球上的水,到底從哪兒來?目前比較有代表性的是「外源說」和「內源說」。不過,「兩種說法都缺乏充足的證據。」鄭永春說。

  地球上的水是彗星小行星「撞」出來的?

  所謂「外源說」,顧名思義,認為地球上的水來自地球外部。而外來水源的候選者之一便是彗星和富含水的小行星。

  鄭永春介紹,被譽為「髒雪球」的彗星,其成分是水和星際塵埃,彗星撞擊地球會帶來大量的水。而有些富含水的小行星降落到地球上成為隕石,也含有一定量的水,一般為0.5%—5%,有的可達10%以上,其中碳質球粒隕石含水更多。球粒隕石是太陽系中最常見的一種隕石,大約佔所有隕石總數的86%。正因如此,一些科學家認為,正是彗星和小行星等地外天體撞擊地球時,將其中冰封的水資源帶入地球環境中。

  然而,科學家研究發現,大多數慧星水的化學成分與地球水並不匹配。此外,上述德國明斯特大學科學家認為,既然隕石是在地球形成階段就已經降落到地球的,那麼應該在地球的地幔中留下相應的化學痕跡。如果水確實是在這一階段由隕石帶到地球上的,那麼地幔中的同位素水平和隕石中的同位素水平應該相同,而當他們將不列顛哥倫比亞塔吉胥湖的隕石中釕同位素及地球地幔中釕同位素進行對比分析後卻發現,兩者的同位素水平並沒有任何相似之處。

  據此,德國明斯特大學科學家表示,這證明,如果水確實是由彗星或小行星帶到地球上的,則其來到地球上的時間並不是地球的形成期,而是地球演化到形成地殼和地幔之後的時期。但並不排除另一種情況,即水最開始其實是星際塵埃的組成部分,而地球則正是由星際塵埃所組成的。

  此外,鄭永春表示,且不論這個撞擊的時間節點,單說地球表面要想形成現今的水儲量得需要多少隕石?如果光有隕石而缺乏把其中的水釋放出來的地球物理化學作用,隕石中的水又怎樣變成液態水?這些問題還有待進一步發掘。

  地球上的水是太陽風「吹」出來的?

  外來水源的另一個候選者是太陽風。太陽風是指從太陽日冕向行星際空間輻射的連續的等離子體粒子流,是典型的電離原子,由大約90%的質子(氫核)、7%的α粒子(氦核)和極少量其他元素的原子核組成。有科學家認為,地球上的水是太陽風的傑作。首先提出這一觀點的科學家是託維利,他認為,太陽風到達地球大氣圈上層,帶來大量的氫核、碳核、氧核等原子核,這些原子核與地球大氣圈中的電子結合成氫原子、碳原子、氧原子等。再通過不同的化學反應變成水分子,據估計,在地球大氣的高層,每年幾乎產生1.5噸這種「宇宙水」。然後,這種水以雨、雪的形式降落到地球上。

  更重要的是,地球水中的氫與氚含量之比為6700:1,這與太陽表面的氫氚比也是十分接近的。因此託維利認為,這可以充分說明地球水來自太陽風。但太陽風形成的水是如此之少,在地球45億年生命史中,也不過形成了67.5億噸水,與現今地球表面的水貯量(包括液態水、固態冰雪和氣態水汽)1.3860×1010億噸相比,不過九牛一毛。

  地球上的水是「娘胎」裡帶的?

  與外源說相對的是自源說,自源說認為地球上的水來自於地球本身。鄭永春說,地球是由原始的太陽星雲氣體和塵埃經過分餾、坍縮、凝聚而形成的。凝聚後的這些星子繼續聚集形成行星的胚胎,然後進一步增大生長而形成原始地球。

  地球起源時,形成地球的物質裡面就含有水。在地球形成時溫度很高,水或在高壓下存在於地殼、地幔中,或以氣態存在於地球大氣中。後來隨著溫度的降低,地球大氣中的水冷凝落到了地面。巖漿中的水也隨著火山爆發和地質活動不斷釋放到大氣、降落到地表。匯集到地表低洼處的水就形成了河流、湖泊、海洋。

  地球內部蘊含的水量是巨大的。地下深處的巖漿中含有豐富的水。有人根據地球深處巖漿的數量推測,在地球存在的45億年內,深部巖漿釋放的水量可達現代全球大洋水的一半。

  還有一種說法認為在地球開始形成的最初階段,其內部曾包含有非常豐富的氫元素,它們後來與地幔中的氧發生了反應並最終形成了水。

  為何只有地球上有液態水?

  地球科學家傾向於認為,地球上的水來源於地球自身演化過程中的巖漿水等,天文學家更傾向於是彗星等撞擊地球帶來的水。目前兩種觀點誰都沒有說服誰。鄭永春表示:「可能兩方面的來源都有,目前的主要問題在於誰是主要來源,還很難下結論,需要更多的證據。」

  「很多人似乎覺得太空中的水很稀少,實際上水在太陽系中非常豐富。」鄭永春說,例如我們的臨近行星——火星,已經在其表面發現了很多乾涸的河床、湖泊、三角洲、衝積扇等,這說明火星表面曾經有大量的水。現在科學家也相信,火星地下和兩極可能藏有很多水。此外,一些小行星、海王星軌道之外的柯伊伯帶的天體上也有大量的水存在。而在柯伊伯帶以外的奧爾特雲更是分布著大量的彗星,這些彗星大部分就由水組成。

  既然太陽系中並不缺水,為何只有地球有液態水?鄭永春表示,液態水能否存在的關鍵在於星球表面的溫度。在地球上,由於溫度通常在0到100攝氏度之間,因此水才可能以液態形式存在。有的星球如金星表面溫度達到400多攝氏度,遠遠超過了水的沸點,所以沒有液態水;有的星球如火星,表面溫度達到了零下四五十攝氏度,低於水的冰點,即使有水也都冰凍了,所以也不會有很多液態水。所以水出現在地球上並非偶然,而是必然現象。

  相關連結

  地球水的「第四種形態」

  地球上的水絕大多數其實並不是以我們所熟知的冰、水、氣3種形式存在。水還有另外一種存在形式,這種形式異乎尋常——那就是封存在巖石中的水。

  可以說,這些巖石像一個巨大的水庫,它的含水量至少與地球上所有河流、海洋和冰川中的水量加起來一樣多,或許還是海洋水量的4倍、6倍或10倍。但它們一直被深埋在我們腳下410千米處。

  這種奇特的「第四種形態」的水,還可能隱匿在你家的廚房中。如果你家廚房的綠石灶臺是用蛇紋石做成的,假設一塊蛇紋石的灶臺面板重約90千克,在這塊石頭中,就有約10千克會是水,即石頭中可能融入了10升水。但是,這種融合併不像把雞蛋攪在稀麵糊中那樣,而是水融進礦石的每個分子中,即裹在構成蛇紋石的鎂、矽和氧原子的點陣結構中。幾乎地下410千米深處的礦石大都以這樣的方式融進了水——在410千米厚的巖石疊加在一起所產生的重力,以及約1093.33攝氏度高溫加熱的共同作用下,一個氫原子會離開水分子,留下一個羥基,而這個氫原子會融入礦石分子。科學家把這種融入水的礦石稱為「水合礦物質」,即「水巖」。

  可以這樣形象地解釋:在適當的溫度和壓力下,某種礦石的確將水吸入其分子結構中,就像海綿吸水一樣。而水分子進入礦石就會分解,分解為一個氫原子和一個羥基。所以礦石中絕對有水。

  而且科學家至少從3方面得出了結論:水巖確實比沒有水合狀態時更柔韌,更易變形;科學家能用紅外線分光鏡測量出礦石分子結構中的水分子;最重要的是,當礦石承受的壓力和溫度以適當的方式被去除時,氫原子和羥基就會從礦石中脫離,以水的形式從礦石中流出。

  科學家認為,這種水巖遍布地下400—650千米的深處,厚達240千米,比地球表面的水層還要厚。即使這種礦石的含水量只有1%,其水量也很大,實際上已相當於地球海洋水量的幾倍。

相關焦點

  • 地球上的水是從哪兒來的?外星球?
    確實,任何一個彗星都能夠讓我們的沙漠變成海洋,不過也不敢讓它們來,否則地球就有滅頂之災,我們會像恐龍一樣被滅絕。 地球水從哪兒來的 地球上這麼多的水是從哪兒來的呢?其實到目前為止,科學界依然沒有形成共識。最為普遍的說法是由彗星撞擊地球後留下的,每一顆彗星都是有無數冰塊組成的,即使一顆小彗星也能夠把地球灌滿。
  • 你是否疑問:地球上那麼多的水,到底是從哪裡來的?
    地球是太陽系中唯一表面擁有液態水的星球,而且海洋等水域的面積佔到了地表的71%,陸地面積只有29%,海洋的平均深度約4500米,從太平洋上方的位置看,地球完全就是一個水球。再反觀太陽系其他和地球一樣的巖質星球,水星,金星,火星表面上卻沒有一滴水水,那麼地球上如此之多的水是從哪裡來的呢?
  • 太陽系巖石行星竟然天生有水?地球上的水是怎麼來的?
    作者:佰思科學 | 沈東旭 邱亞明 地球上七成的面積都是海洋,所以地球被稱作藍色星球。可是,地球上面這麼多的水,又是怎麼來的呢?
  • 地球上最強的生物:水熊蟲
    不管你願不願意相信,地球上都有一種不會死的生物,這種生物叫做「水熊蟲」。水熊蟲是一種微生物,可能是由於樣子比較像熊,所以叫做水熊蟲。它的名字裡面有一個水字,並不是因為生活在水中,而是它和永生的秘密有關。
  • 地球上原本沒有水,那麼四大洋的水從何而來?原來是這樣!
    地球一開始沒有水,那四大洋的水是從哪裡來的呢?原來如此眾所周知,從外太空看我們地球就像一顆水球一樣,確實,我們地球上70%被海洋所覆蓋,大家都知道,地球上的4片海洋總稱是太平洋大西洋印度洋以及北冰洋,世界上海洋面積太平洋將近佔一半,我們都知道要想繁衍一個生命,除了要有氧氣之外還要有水資源,地球上的水絕大多數都存在於海洋裡,地球的四大洋是相互聯通的,海水通過洋流運動不停的交換,科學家猜測地球上原本沒有水,那麼就有很多小夥伴們有疑問,
  • 宇宙探索|下個地球在哪兒?
    它不僅僅是一顆新的行星,而是一個新種類的行星,就像打了激素的地球,我們稱之為「超級地球」。超級地球中的一個家庭與地球有很多相似性,有大陸、海洋,有些可能像火星一樣很乾燥。另一個家族,被稱作「水世界」或者「海星」,全球被水覆蓋。
  • 小科普:你知道地球上的水(海水及淡水)是從哪裡來的嗎?
    與太陽系中的其它行星不同,地球表面70%被液態水覆蓋。雖然水對生命是有用,但它的出現是很奇怪的。如果我們對其它行星形成的方式和時間有所了解,那麼你一定會覺得地球的表面應該是乾燥的才對。有人提出:地球上的水可能是由冰凍水形式的,冰凍水附著在我們星球的周圍最終形成了今天的水。答:早期的太陽系內部對於冷凍水來說太熱了,任何水蒸氣都會被太陽風暴吹走。
  • 地球正在吞噬水?如果地球上沒有了水?會變成什麼樣子呢?
    地球正在吞噬水?如果地球上沒有了水?會變成什麼樣子呢?在地球上的水儲存量一共達到了138.6億億噸,這些水中包括我們可以直接接觸的液態水,還有一些固態的冰雪以及水蒸發之後的水蒸氣。也有人表示了深深的擔憂,每年都會消失30億噸水,如果時間足夠久,地球上的這些水可能會在地球上消失不見,這些水資源可能會變得越來越少。
  • 地球上的水從何而來?太陽風吹、彗星撞擊,還有希臘神話
    水是生命之源,是生物體重要組成成分。地球上最早的生命誕生於水中,早期人類沿水而居,靠水而生,河流孕育了早期人類文明,地球若沒有水,將是一個死寂的蒼穹,就不會有這生機勃勃的世界。充足的水源是地球上生命得以繁衍生息的基本保證,時至今日,地球表面積的71%被水覆蓋,如此多的水到底從哪來?在古希臘的神話故事裡,海水是海神波塞冬憤怒時揮動金光閃爍的三叉戟猛擊地球後從山巖裡噴射出來的。《聖經》裡說,地球上的水是上帝創造的。
  • 地球上的水會「逃」出地球「奔」向太空嗎?
    我們都知道,由於地球引力的作用,處於自由落體狀態的物體總是下落,因此地球上的固體水和液態水很難「逃離」地球。但由於蒸發、植物蒸騰或冰雪升華等原因,地表水會進入大氣,水汽密度低於空氣,水汽往往在靜止的空氣中上浮。我們可以看到,水滴非常小,靠近氣態水的白色蒸汽上升而不是下沉。那麼,水蒸氣會一直上升並從地球逸出嗎?
  • 王一博到底帥到哪兒了?
    看完這一組動漫顏值,你才知道王一博到底帥到哪兒了?看完這一組動漫顏值,你才知道王一博到底帥到哪兒了看完這一組動漫顏值,你才知道王一博到底帥到哪兒了看完這一組動漫顏值,你才知道王一博到底帥到哪兒了看完這一組動漫顏值,你才知道王一博到底帥到哪兒了
  • 地球早期的水可能來自於彗星,帶來水的同時也有可能帶來了生命
    陸地生命也有可能是從海洋而來,由此可見,對於地球生命來說,不是生命之源,生命的生存離不開水,人類的生存更離不開水。當人類走進科技發展的時代之後,開始探索宇宙,探索生命的來源,自然對於地球早期水的來源也充滿了很多疑問。那麼地球形成早期的水到底是從哪裡來的呢?
  • 只要有水就有生命嗎?地球上唯一沒有生命存在的水……
    在地球上,只要有水的地方,你就很有可能找到生命。就像在南美洲阿塔卡馬沙漠最乾燥的地方,單細胞生物生活在巖石中,從空氣中提取水分。在日本的溫泉中,有些微生物可以在與電池酸相當的酸度中存活下來。所以,在對你我幾乎致命的水裡,可能都有生物在生存。
  • 地球被稱為水球,最初的水是從哪裡來的?看完你就懂了
    水是生命之源,地球之所以是一個生命之球,和地球上有著豐富的水資源是有著密切關係的。地球是一個巖石類行星,形成之初還是一個火球,因此地球最初也是沒有水資源存在的,然而現在地表超過70%的表面積都是水資源,那麼問題來了,這些水資源都是從哪裡來的呢?
  • 「上善若水」都聽過,那到底啥意思?其實很簡單,只是被人誤解了
    地球表面有百分之七十一的面積是被水覆蓋,不過人類真正可利用的淡水資源僅佔總水量的0.26%,因此我們需要珍惜水資源,並且關於地球上的水是從哪兒來,也還是個未解之謎。眾所周知,水是沒有顏色的,古時候人們也常將君子的品德與水聯繫起來,現今不少人將「上善若水」當自己的網名,可這四字成語到底是啥意思?其實很簡單,只是被人誤解了。「上善若水」出自《道德經》,很多人以為「上善若水」指的是一個人的品德出眾,應該像水一樣綿延不絕,是這個意思嗎?
  • 地球內核之謎,沒有了水的地球會是什麼樣?
    人類挖的最深的孔也就12262米,也就12.2千米左右,和地球半徑6370千米比起來,那簡直就像雞蛋殼都沒鑽透,我們對地底下的認識全部來自於地震、和人工地震的回波,還有火山噴出物的分析,以及海底山脊中物質採樣分析。而且最主要的就是我們不知道地震是如何發生的。
  • 地球上最清的水是什麼?如何得到這種水?
    這世界上就沒有絕對純淨的物質,一般所說的純淨只是相對的,比如純水,但半導體行業我知道,對溶解氧,溶解矽,有機物,的要求是ppb等級的,即十億分之幾的水平!1.最清=離子最少,這點就不嚴謹,離子只是濃度大了,特定離子會改變水的顏色,怎麼證明離子會影響透明度?影響水透明度的是不溶顆粒物而不是離子。
  • 七夕之夜,牛郎織女星到底在哪兒?上哪兒能看銀河?
    暑氣散去,涼風習習的夜裡,有情人們體會一下「天階月色涼如水,臥看牽牛織女星」,也是一件浪漫又愜意的事。牛郎織女星到底在哪裡?哪兒能看銀河?仰望星空,尋找象徵著「忠貞不渝、情比金堅」的牛郎星和織女星,是七夕之夜的傳統。
  • 地球上最鹹的水,含鹽量大過死海,還能威脅生命?當地人:別來
    地球上有世界上最熱的地方,甚至有火山,巖漿,還有地底散發出來的熱量。因此,這裡有許多溫泉,但溫泉卻不適合人們去泡,因為它獨特的結構,使它產生大量的有毒物質。Geithley池塘是一系列小水域,距達洛幾英裡,是地球上最熱的棲息地之一。大體上半圓的湖泊直徑197英尺。根據當地居民的說法,它形成於2005年1月地震之後。即使在122到155華氏度之間,也不能用來泡溫泉或煮雞蛋。
  • 外星人到底有沒有來過地球
    那麼有沒有這樣一種可能性,幾千年前高等的智慧生命就已經到訪過地球,為人類帶來了它們的高科技,並徹底改變了人類的歷史發展進程了。外星文明曾經來過地球的證據美國有一部非常著名的紀錄片《遠古外星人》,這紀錄片有點科幻片中列舉了許多外星文明來過地球,影響人類的證據。