地球上的水怎麼來的?懸而未決的問題有了新答案

2020-12-03 李論科學

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

我們生活的地球可以說是一個水世界,海洋的面積佔到地球表面的71%,水資源儲量非常豐富。而縱觀太陽系中的其他星球,要麼太過炎熱、要麼乾燥、寒冷,其表面上都沒有液態水存在的跡象。

所以我們不禁要問,地球上這麼多水是怎麼來的?

這個問題其實一直是個懸而未決的問題,但我們也提出了一些看似合理的理論,來解答這個問題。

以前我們主要認為地球上的水來自於地球形成以後,外太陽系的彗星、小行星撞擊地球以後,將大量的水資源帶到了地球;

不僅如此,這些外來物質還為地球帶來了組成生命的一些關鍵要素,像胺基酸這樣複雜的有機分子長鏈,甚至是生命本身。

而地球自己在太陽系所處的位置剛好在宜居帶,距離太陽不是很近、也不至於太遠,以及地球本身的質量也足以吸引大量的氣體形成足夠的大氣壓力。

因此這些外來物到達地球以後,就有了液態水。也就順勢有了生命。

那麼問題是為何我們一直認為地球的水來自於外太陽系呢?這要從太陽系的形成說起。

45億年前一團橢球狀且富含重元素的氣體雲在引力的作用下開始塌縮,很多局部密度高的地方就開始吸引更多的物質,就像是滾雪球一樣越滾越大,這就是一個物質爭奪的過程。

於此同時,整團橢球狀的氣體雲從大尺度上也會沿著較短的軸一直塌縮,最後就形成了一個高速旋轉的原行星盤。

很明顯在行星盤的中心,是哪個在爭奪物質過程中的勝利者,它就是我們的太陽,由於它所吸引的物質佔據了整個太陽系99%以上的質量。

因此太陽的引力就主宰了整個太陽系,不過整個太陽系這時還是異常的混亂,因為各大行星還在緩慢的形成。

不過有了太陽一切都有了秩序,那些較重的元素就會發生沉降,來到太陽附近,而那些較輕的元素會被太陽輻射壓力吹到更遠的地方。

而且靠近太陽的地方由於溫度較高,不可能有水分子的存在,因此我們認為內太陽就像是沙漠一樣,異常的乾燥,而氫元素也被太陽風吹到了外太陽系。

所以內太陽系的行星天體誕生時不僅乾燥、且氫元素的含量也很低,沒有自己形成水的條件。而氫元素、以及水,則基本上都在外太陽形成了氣態巨行星和被冰封在小行星之中。

既然地球上有這麼多的水,這就讓我們猜測,是在地球形成以後水是由外太陽系的小行星帶來的。

但是地球上如此巨量的水,這得多少小行星砸到地球。因此這樣的解釋也不是非常完美。

科學家一直在猜測地球上的水有沒有可能就是地球本身形成時候自帶的,也就是來自本地,而非大部分來自小行星。

最近一項新的研究分析了一種比較罕見的隕石名叫:頑輝石球粒,這種隕石只佔我們在地球上發現隕石總量的2%,十分稀少。

因為它是內太陽系行星形成時的殘留物,由於太陽的引力作用造成了內太陽系本身存在的小行星就非常少,因此我們能發現的這種隕石肯定也非常少。

像太陽系形成的時候留下的原始物質,基本都保留在了外太陽系。那科學家是怎麼知道頑輝石球粒就是內太陽系的殘留物呢?

證據是科學家分析了隕石中的化學成分、例如像是氮、氧、鈦、鈣這些元素的同位素的比例,發現這種隕石和地球巖石基本一樣,因此我們認為這些隕石就是構成內太陽系天體的基礎材料。

最令人興奮的是,科學家在其中發現了含量非常高的氫元素,如果古老的地球是由頑輝石球粒這樣的隕石構成的,那麼其中的氫元素可以為地球提供三倍於現在的海洋水量。

這也說明了太陽系形成的時候並不像我們一開始猜測的氫元素大部分都跑到了外太陽系,其實還有很可觀的一部分被封存在了內太陽系。

有了氫這種原材料,就為地球海洋的形成提供了新的線索,這說明我們地球雖然形成時是乾燥的,但是大量的氫元素可以在形成的過程中和氧原子化合成為水,然後被火山等一些地質活動帶到大氣中。

最後通過降水再次回到地面,地球就有了海洋。所以地球上的水基本上都是自帶的,但是就沒有外來小行星的因素嗎?

有!因為科學家發現頑輝石球粒中的氫和的比例和地球海洋中氫和氘的比例有差異,而是和地球深層的水相同。

這說明地球表面的水確實還有外來物的幫助,就是小行星。

以上的發現為我們理解地球水的來源提供了一個線索,未來我們將研究這些氫原子是如何儲存在頑輝石球粒中的,以幫助我們更好地理解地球水起源的未解之謎。

相關焦點

  • 地球上的水怎麼來的?懸而未決的問題有了新答案
    我們生活的地球可以說是一個水世界,海洋的面積佔到地球表面的71%,水資源儲量非常豐富。而縱觀太陽系中的其他星球,要麼太過炎熱、要麼乾燥、寒冷,其表面上都沒有液態水存在的跡象。所以我們不禁要問,地球上這麼多水是怎麼來的?
  • 地球上的水是怎麼來的?
    我們知道,地球70%的面積是海洋,只有30%是陸地,那麼問題來了,這些水究竟是怎麼來的呢?目前,關於水的起源,科學家有兩種假說,一種是自源說,意思是這些水是地球自帶的;另一種假說是外源說,意思是小行星撞地球送來的水。這兩種假說哪個更符合地球水的起源呢?
  • 地球上的水是哪裡來的?科學家們有不同的看法
    但是後來地球又慢慢冷卻下來,這些漂得不太遠的水蒸氣凍成的冰,又落回到了地球上。聽到這裡,另外一派科學家就說了,怎麼可能呢,即便是有一部分水重新落回到地球上,那水量也不會很大,因為地球在幾十億年的時間裡都是滾燙的巖漿球,這麼長的時間裡,絕大多數水蒸氣早都飄得很遠了,根本回不來。第一派科學家想了想說,你們說得好像也有道理,你們不同意我說的。
  • 新線索:地球上的水從何而來?
    ,地球上水的起源一直是個懸而未決的問題。在太陽系中,地球所處的位置可被算作為內太陽系(包含水星、金星、地球、火星四顆巖石行星在內的範圍)。根據一些有關行星形成的模型來看,很多人相信,像地球這樣的巖石行星在形成之初應該是完全乾燥的,因為「年輕」時的太陽溫度很高,這使得地球宛若誕生於一片「行星間沙漠」之中,不太可能有太多的冰或液態水附著在形成了行星的巖石上。
  • 地球之水從哪兒來?科學家找到新答案
    但這些水是從哪裡來的,地球的水含量有多少? 事實上,地球的組成部分應該是乾燥的,因為它們來自太陽系內部,在行星形成過程中,那裡的溫度太高,導致水無法凝結並與其他固體一起積聚。 人們通常認為,水是在地球形成的最後階段,由彗星或太陽系外形成的水合小行星運送到地球的。
  • 地球之水從哪兒來?科學家找到新答案
    作者 | 唐鳳地球是太陽系中唯一表面存在液態水的行星。這是一個重要特徵,因為水在生命的出現和發展中扮演了重要角色。但這些水是從哪裡來的,地球的水含量有多少?水自天上來「對很多人而言,地球上為什麼有水似乎是一個微不足道的問題。」未參與相關研究的美國宇航局詹森航天中心的Anne H. Peslier在同期《科學》刊登的評論文章中寫道,「然而,這種生命關鍵成分的起源一直是一個長期爭論的話題。」實際上,太陽系十分「溼潤」。
  • 地球上的水是從哪裡來的?海洋又是怎麼形成的?
    現在,地球上,海洋的總面積佔整個地球總面積的71%,可以說,地球就是個藍色水球。那你有沒有好奇過,地球上為什麼會有這麼四大洋?海洋是怎麼在地球上形成的?要解決這個問題,首先我們要知道水是從哪來。水從哪裡來關於這點,眾說紛紜,追蹤地球水的確切來源異常複雜,科學界普遍認同的說法是星雲說,這要從46億年前說起,那時,太陽系剛剛誕生不久,太陽系中漂浮著大量的氣體和塵埃雲,在雲內,氧原子和氫原子四處擴散,氧和氫當時是宇宙中最豐富原子,在幾百萬年的時間裡,這些高反應性原子結合在一起,形成水。這個化學式大家可能學過,兩個氫和一個氧可以形成一個水分子。
  • 地球在多少年前就有了液態水?地球上的水到底是怎麼來的?
    地球在多少年前就有了液態水?地球上的水到底是怎麼來的?關於地球水的形成目前主要有兩種說法,第一種是地球自身就擁有的水資源,第二種則是外來隕石所攜帶的晶體中的水,我們知道宇宙誕生後最先產生的元素是氫,然後依此出現元素周期表以後的元素,當宇宙中出現水分子後,那麼必然就會出現在隕石中,但這是一個準備工作,首先還是得從地球的形成說起,大約在50億前,太陽系剛剛形成,且到處都是隕石碎片,然後在引力的作用下這些碎片開始聚集形成一個地表溫度為
  • 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?隨著地球的逐漸冷卻,地球上的水汽凝結,在地面聚積並形成了海洋。另一種說法是小行星不停撞擊地球,給地球帶來了大量的水。
  • 太陽系巖石行星竟天生有水?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?隨著地球的逐漸冷卻,地球上的水汽凝結,在地面聚積並形成了海洋。另一種說法是小行星不停撞擊地球,給地球帶來了大量的水。
  • 地球上早的水是從哪裡來的?科學家從瑪麗安娜的底部找到了答案海
    地球實際上是一個水球地球有三種形態:固體、液體和水然而人類富含想像力生物體,雖然之前還不能找到「地球最早的水來自哪裡」的確切答案,但關於地球水的起源有30多種假說,可歸納為兩種假說。地球在形成之初非常熱第二個假設是異國情調換句話說,顧名思義意味著地球上水來自從外部,而將水帶到地球的載體是隕石、小行星和彗星,一些科學家認為地球數十億年來受到無數小行星、隕石和彗星的撞擊,這些小行星和彗星給地球帶來了豐富的水冰,這些水冰最初只以固體形式存在,後來在地球環境中,液態水、水蒸氣和固體冰逐漸形成,在一些隕石、彗星和小行星中發現了大量水冰,這似乎證實了地球的水來自外太空
  • 地球上的水怎麼來的?是自己產生,還是來自外太空?
    地球上的水怎麼來的?是自己產生,還是來自外太空?地球上的水都是從哪裡來的?一直是科學家不斷討論的問題,這也是小編也是比較的好奇,我們知道水是生命之源,地球上有了水才有了生命,生命的出處我們大家在上學的時候都知道了,那水呢?
  • 地球上的水是從哪裡來的呢?
    我們坐落在太陽系中,與太陽的距離正好讓液態水得以存在。再遠一點,水就會結冰。再靠近一點,溫度就會太高,我們就會面臨失控的溫室效應的風險,就像金星灼熱的表面上發生的事情一樣。我們所處的位置既不太冷也不太熱是一件很好的事情,因為水是生命所必需的條件。但是這些水是怎麼來的呢?
  • 地球上的水到底從哪兒來?為何只有地球上有液態水?
    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。
  • 地球上的水,到底從哪兒來?
    地球上的水,到底從哪兒來?小朋友們好,我是小周博士,歡迎光臨科教茶小屋。我們今天來講講,地球上的水,到底來自哪裡。這個問題,猜想很多,但其實目前沒有公認的答案。小周博士在這裡給小朋友們介紹兩種。小朋友聽說過彗星嗎?聽說過地震和火山嗎?別看他們一個在天上,一個在地上,可能他們都是水的來源。兩種水來源的假說,第一種「自源說」。
  • 地球上的水是從哪裡來的?
    水對於地球生命而言是非常重要的因素,如果地球上不存在水,那麼生物根本無法在地球上出現。所以我們在尋找外星文明時,會把是否有液態水當做一個重要的因素去考核。既然水對於地球生命這麼重要,我們今天就好好聊一聊,地球上的水究竟是怎麼來的。地球上的水是怎麼來的?其實地球上的水,早在地球形成之初就存在了。
  • 地球上第一個「人」是怎麼來的?科學家這樣回答
    關於「人」的定義其實要想問:人到底從哪來?或許這個問題還能回答。但如果非要問:第一個「人」到底從何而來?我覺得這個問題應該是無解的,大概率上,人類永遠也無法搞清楚這個問題。如果仔細觀測,有一些動物也能用石器。你可能還會說,腦容量大的就是人,可是腦容量多大才算是人?能人腦容量只有我們現在的一半多點,算人麼?匠人呢?尼安德特人比我們現在的腦容量還稍微大一點,那算不算人?因此,其實我們很難把「人」的定義下準確,「人」的定義本身就很模糊。那麼問題來了,為什麼會出現這樣的問題呢?
  • 火星上的水是怎樣消失的?新研究告訴你答案
    新證據顯示,火星失水的原因,就來自它的季節變化和這些可怕的塵暴火星上乾涸的湖泊河床表明,在火星歷史早期上,如今荒涼乾燥的地表上存在過水的痕跡。然而,現在,現今火星上僅存的水只有空氣中的水蒸氣、水冰和兩極的冰帽。
  • 地球上的水是哪裡來的?有人說是木星的禮物
    當然,正如我們在地球上所知道的,水是生命進化的關鍵因素。因此,當涉及到太陽系以外的狩獵世界時,能夠容納這種珍貴液體的巖石行星被認為是尋找外星生命的最佳狩獵場。自20世紀80年代以來,研究人員始終在努力確定水是如何到達地球的。如今,富含碳的小行星似乎成為首要的懷疑對象。
  • 地球上的水來自哪裡?
    有好多小夥伴們問過這個問題,就是啊,我們地球上的水來自哪裡?我們仰望夜空尋找答案。一、地球上的水來自彗星說有一種觀點認為,我們地球上的水來自彗星。科學家也曾在地球上找了證實這一想法的例證。在火山噴發的時候,也有大量的水蒸氣同時噴發出來,有人對水蒸氣噴發時間進行計算,最長的時間可以達到20個小時,其中這些水蒸氣每秒可以形成2.3千萬升水。因而科學家認為,地上的水非常有可能來自地球內部。三、地球上的水來自月球近日,來自蒙斯特大學的科學家發現,地球的水來自於與提亞的碰撞。