地球剛形成時就有水嗎?水究竟來自哪裡?海洋又是怎麼形成的呢?

2021-01-08 鍾銘聊科學

科學家在尋找地外宜居星球時,總是把該星球是否具有液態水作為重要的指標,這是因為地球上絕大多數生物都必須要依靠水才能存活。

但是問題也隨之而來,既然水這麼重要,那麼現如今地球上所有的水都是怎麼來的呢?海洋又是怎麼形成的呢?

目前關於水是怎麼來的有兩種假說,一種認為水是地球自帶的,被稱為:自源說;另一種認為水是小行星撞擊地球時送來的,被稱為外源說。

自源說

自源說認為,地球上的水在地球形成時就已經存在了。我們知道,地球形成於大約45.5億年前,在當時,太陽系內沒有任何一個星球,而是一片直徑長約2光年的星雲物質。我們知道,星雲物質是恆星的搖籃,當這些星雲物質引力坍塌之後,就會逐漸凝聚在一起,形成一個小星球,在宇宙中,引力會不斷將周圍的星雲物質拉向小星球,導致該星球質量越來越大,內部溫度也越來越高,最終引發星球內部核聚變反應,這就是太陽。

而形成太陽的邊角碎料,以同樣的方式形成了太陽系內的其他星球,包括地球。之所以地球沒有成為恆星,是因為地球質量不夠大,無法引發地球內部的核聚變反應。

我們知道,水是由氫和氧組成的,其中氫在宇宙中非常常見,而氧卻極為罕見,但是在地球上氧元素的含量非常豐富。這意味著在地球形成的過程中,水就已經存在了,只不過在地球剛形成時,地球溫度非常高,導致水無法以液態的方式停留在地球表面,而是蒸發到了大氣層中,由於引力的存在它們沒有跑太遠;還有一部分水以氫離子與羥基等形式和星雲物質發生水化作用,被鎖進了礦物質的晶格之中。科學家們發現,在地幔層中的巖石晶格中有許多水,甚至比地球表面的液態水還要多。

其中蒸發到大氣層中水,在地球逐漸降溫之後,這些水蒸氣才凝結成雨降落在地球表面,並持續了下了一場持續上百萬年甚至千萬年的大雨,形成了原始海洋。

外源說

除了地球自帶的水之外,科學家們還認為地球上的水有一部分是小行星撞擊而來的。

在地球剛剛形成的3億年裡,地球軌道上仍舊有許多小行星等沒有清理乾淨,這些小行星質量較小,在受到地球引力的吸引時,會被拽入到地球,最終降落到地球表面。

根據科學家們的研究我們知道,在太陽系中有許多星球都存在著水,甚至有許多星球含有液態水,早期的小行星中一定也含有大量的水。

這些小行星持續不斷的撞擊,為地球源源不斷地運來了大量的水。科學家們通過研究水的同位素研究證明了這一點。

現如今,主流科學家認為,地球上的水可能是由地球自帶的水以及小行星撞擊送來的水共同構成,這些水在溫度適宜的條件下,以液態的形式存在在地球表面,形成了原始海洋。

海洋的由來

儘管海洋早在地球形成早期就出現了,但是海洋的成分,以及面積大小並不是固定不變的。

在不同的時期,海洋的成分也會有所變化,這是因為海洋中的水會被蒸發到大氣層中,而大氣層中的水蒸氣又會凝結成雨,降落到地球表面。雨水不斷地衝擊著地球表面,會帶走地球表面的礦物質,使其匯入到海洋之中,所以海洋的成分也在不斷發生變化。

而且,在特殊時期,海洋環境還會變得非常惡劣,比如:大規模火山噴發時期,不僅會導致大量二氧化碳被釋放到大氣層中,還會使得酸性物質比如二氧化硫釋放到大氣層中,二氧化硫會溶於水中,形成酸雨降落到地表,而酸雨又會匯入到海洋,最終使得海洋酸化,大量生物滅絕。

好在地球也有調節機制,這些酸性物質也會和海洋其他物質發生反應,使得海洋中的酸性物質減少。

再加上地球板塊從未停止運動,導致海洋的面積、大小和形狀等都會隨著時間的改變而改變。也就是說,雖然形成海洋的水是地球自帶的以及小行星撞擊時運來的,但經過40多億年的演化,海洋裡的成分已經和原始海洋成分發生了翻天覆地的變化。

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