水是生命之源。本周四，我們將迎來「世界水日」。今年「世界水日」的主題是「Nature for water」（借自然之力，保護綠水青山）。
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。近兩年，關於地球上水的起源又有新發現……
彗星撞、太陽風吹還是自帶
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「自源說」。
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。
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。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了地球環境中。
然而，研究發現，大多數彗星水的化學成分與地球水並不匹配。此外，地幔中的同位素水平和隕石中的同位素水平也沒有任何相似之處。
科學家據此表示，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，而地球正是由星際塵埃所組成的。
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十分接近。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相比，不過九牛一毛。
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。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，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。
還有一種說法認為，在地球形成的最初階段，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。
你喝的水可能比太陽還古老
關於地球水的來源，地球科學家認為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，兩種觀點誰也沒能說服誰。近兩年一些有趣的發現更是激起了科學家們的興趣，比如，你日常喝的水也許比太陽還要古老……
來自美國密西根大學天文系的一項研究成果顯示，存在地球、隕石、月球表面的水，可能比大約46億歲的太陽系還「老」。這意味著現存於太陽系中的水，有部分來自於太陽系形成前的星際介質。
參與研究的美國密西根大學博士生克裡夫斯表示：「太陽系誕生初期的環境條件並不適合水分子的合成。而在這種情況下，水就只可能來自於富含化學元素的外部星雲。引人矚目的是，這些水成功地在太陽系誕生的過程中倖存了下來。」
為了探明水的「年齡」，研究人員決定從氫的同位素「氘」身上入手。氘，舊稱「重氫」，常用於熱核反應，在能源領域具有良好的前景，它們通常微量存在於我們周圍的水中，並且很難自然形成。
研究人員構建了專門的計算機模型，比對了彗星、行星、隕石及地球海洋水中氘的豐度。結果發現，這些樣本的比率均高於正常情況下太陽系中氘的比率，也就意味著多出來的氘可能並不來源於太陽系。超出比率的氘可能來自氘豐度（相對含量）更高的寒冷星際空間，比太陽系更加「年長」。
但並不是說我們周圍的水都是太陽系的「長輩」，真正早於太陽系形成的水在其中的比例目前並不明確，不過其數量可能很可觀。
這一發現，不僅意味著我們每天可能在喝著來自遙遠星際空間的水，還意味著宇宙中可能會有更多類似太陽系的系統，具備誕生生命的條件。這將有助於人類對行星系統的研究，人們或許將有更大機會找到另一個孕育生命的「地球」。
地球水的「第四種形態」
其實，絕大多數地球上的水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倍甚至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，假設這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。
而且科學家至少從三方面得出了結論：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，相當於地球海洋水量的幾倍。
（本文綜合自《科技日報》《中國氣象報》等）
作者： 雷冊淵 [責任編輯: 童植]