新發現有助於解釋地球上水和石油的起源

星際間的分子雲

水是生命之源，地球表面71%的面積被水覆蓋。水讓我們的地球與眾不同，在宇宙中很難再也找到一個跟地球差不多的地方，然而，地球上的水從哪兒來，卻始終是未解之謎。

藍色星球

關於水的來源，有兩個主要說法：自源說和外源說。

自源說認為地球的水與生俱來。地球形成的時候，能夠形成水的物質就已經存在了。比如說氫元素和氧元素，會發生化學反應形成水。

水還可能存在於大氣中，隨著溫度降低，水蒸氣凝結降落到地表。

地殼深處的巖漿層在高溫高壓環境下能夠溶解大量的水，早期地球表面就是巨大的巖漿海洋，有分析認為巖漿釋放的水量能夠達到目前海洋中全部水量的一半。

地球礦物中也含有大量的結晶水，在合適的條件下，巖石中的水也能夠被釋放出來。

地幔巖石中含有一定比例的水，根據計算，地幔上下層過渡帶中的水是目前全部地表水的3倍。隨著板塊移動，火山爆發等地質活動，有相當多的水被帶到地表。

外源說認為水來自彗星、隕石和太陽風等。

在地球形成初期，遭遇過大量彗星、隕石的轟炸。許多彗星實際上就是髒雪球，主要就是水和星際塵埃，彗星撞擊地球會帶來大量的水。隕石通常含有0.5%~5%的水，有些甚至高達10%。

C/2019 Y4彗星在接近太陽的過程中意外解體

含水的彗星，通常是在所謂的「雪線」以外形成的，在這裡溫度足夠低，水凝結成冰並與其他固體顆粒組成了彗星。

雪線（snowline，也叫frost line）示意圖

太陽系的雪線被認為大約在2.7~5天文單位之間（1天文單位即地球到太陽的距離），也就是火星與木星間的小行星帶，而地球顯然是在雪線以內的。

但是外源說無法解釋的一個問題是，如果如此多的水被運輸到地球，那麼理應有大量隕石被運送到其他固體行星上。

一些同位素的分析表明，彗星冰對地球海洋的貢獻小於1％。

綜合各種信息，科學家一般認為，組成現有的地表水以自源水為主要的來源。

近日，關於地球上水的起源問題又有新發現。

科學家證明，雪線以內的星際間有機物就能夠產生大量的水和油，而無需通過彗星跨越幾個天文單位傳送過來。這些星際間有機物在地球吸積形成階段及以後逐步進入地球。

星際間有機物加上塵埃實際上就是形成彗星、小行星的原始物質，其總量要比彗星、小行星多得多。這些星際間有機物在原始地球環境下有可能產生水。

研究人員使用化學試劑在模擬生成了星際分子中有機物，他們利用紫外線照射含有水、一氧化碳、氨的混合物，這是星際有機分子的天然合成過程。然後，在高壓條件下將有機物從24℃逐漸加熱到400℃。樣品直到100℃都是均勻的，但在200℃分成兩相。在約350℃時，水滴的形成變得明顯，並且隨著溫度的升高，水滴的尺寸增加。在400℃下，除了產生水滴以外，還產生了黑色的油。對油的化學分析顯示出與石油相似的特性。

隨著溫度的升高，星際間有機物產生水滴和油。在102℃，模擬的有機物是均勻的。在350℃，水滴清晰可見。在400℃時，明顯產生了黑色的油。圖片：Hideyuki Nakano et al., Scientific Reports

在400℃下加熱後，星際有機物類似物清楚地分為油（黑色）和水（透明黃色）兩層（a：加熱前，b：在400℃加熱後）。圖片：Hideyuki Nakano et al., Scientific Reports

有機物模擬物通過加熱產生水和油。在約350℃時明顯形成了圓形水滴。圖片：Hideyuki Nakano et al., Scientific Reports

實驗說明高溫加熱星際有機質可產生大量的水和油。這表明雪線內側產生水的可能性要比從雪線外側通過彗星或隕石轉移更大。此外，非生物油的形成表明，地球上的石油來源比以前想像的要廣泛。