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？

地球上水的起源有兩種說法。一個說法是，地球上的水是自帶的。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。

首先，小行星給地球帶來了水，這一點是成立的。太陽繫於45億年前從一片星雲中形成。像地球這樣的大行星是逐步吸收空間中的物質一點點長大的。從45億年到38億年之間，那些沒能長成大行星的小個頭星體，還有數量巨大的小行星，在引力作用下和那些大行星相互碰撞。一般認為，在大約45億年前，地球和一個火星大小的星體相撞，形成了月球。

在這一階段的末期，即從41億年到38億年的這一段時間，撞擊越來越猛烈，被稱作晚期嚴重撞擊期（Later Heavy Bombardment，LHB）。這一時期，大量的小行星和彗星撞向地球和月球，月球上很多的環形山就是這時候形成的。同時，小行星和彗星的到來也為地球帶來了大量的水。因此，地球上相當一部分水，或許早年在遙遠的太陽系邊緣形成，隨著彗星的隕落來到了我們身邊。

早期的地球和海洋

假如地球上的水主要來自於小行星撞擊，那麼地球上海洋形成的時間不會太早。早先科學家們認為，地球表面在最初的幾億年間處於熔融狀態，之後才逐漸冷卻，這才允許海洋的形成。目前有很明確的證據，地球上的海洋至少在38億年前就出現了。在加拿大魁北克發現的古老巖石顯示，在42億8千萬年前，地球上就有水了。更有趣的是，在西澳大利亞找到的鋯石礦石顯示，地球在44億年前就有水。這說明地球在形成之後表面溫度下降得很快，否則水是無法存留的。從這個角度來說，或許水自地球形成時，就是地球的一部分。

發現最早的鋯石的地方：西澳大利亞的Jack Hills

最近，發表於《科學進展》（Science Advances）的一篇文章，進一步揭示了，水很可能是太陽系大行星形成時的一部分。該文的作者研究了一塊墜落在非洲西北部的火星隕石，編號為NWA 7533。

NWA 7533

這塊隕石由撒哈拉沙漠的貝都因部落發現的，是一塊非常古老的巖石，有44.3億年歷史。迄今為止人類在地球上找到的最古老的太陽系物質，包含在隕石NWA 2364中，2004年發現於摩洛哥，年齡為45.682億年，比地球的年齡還古老。這大概就是太陽系開始形成的時間。不管怎麼說，NWA 7533的資格絕對是非常老了。一般認為，它比火星形成的時間只晚了9000萬年。後來它在一次小行星對火星的撞擊中，被撞出了火星，經過漫長歲月的旅行之後，又來到了地球。

早期火星想像圖

科學家在這顆隕石上發現了強烈的氧化跡象，應該是在小行星撞擊火星時發生的。而這樣的氧化現象，只有在火星表面存在水的情況下才有可能發生。換句話說，火星在44.3億年前，表面存在水。一般認為，早期的火星上有大量的液態水，有面積很大的海洋。現在看來，火星上的水在火星形成後不僅就出現了。從時間上來說，44.3億年是在大量富含水的小行星撞擊火星之前。因此，那時的水只能是火星形成時自帶的，而不是由小行星帶來的。

早期金星上的海洋（想像圖）

再結合地球上的情況，這說明太陽系的巖石行星在形成的時候，內部就已經含有水。比如金星，早期的時候也有海洋，後來表面的水隨著溫室效應而慢慢散失。有研究認為，金星直到7億到7.5億年前，表面都還有水。甚至距離太陽很近，表面最高溫度達到400℃，連大氣層都沒有的水星，都被發現表面有冰。太陽系內部總共有四顆巖石大行星，上面都發現有水。

水星上有冰

這樣看來，地球上的水是怎麼來的，可以有個初步的結論了。地球在形成之後不久就冷卻下來，地球內部的氫元素很快與氧結合，形成了水。這是地球上水的最初來源，甚至是主要來源。後來小行星和彗星對地球的撞擊，為地球帶來了更多的水分。