水在地球上的數量是相當可觀的,這樣多的水是從哪裡來的呢?

在我們的太陽系中,地球是唯一的擁有液態水的天體,而且它覆蓋了地球表面71%的面積,以致有人認為應把地球改稱為「水球」。據計算,地球上的水總量達到14.5億立方公裡(145億億噸)。這還不包括些礦物所含的結構水與結晶水,也不包括生物體中的水(它們的機體幾乎有三分之二是由水組成的)。可見,水在地球上的數量是相當可觀的。那麼這樣多的水是從哪裡來的呢?

是來自星雲物質嗎？傳統的觀念認為,地球上的水是地球形成時從星雲物質中帶來的。在當今流行的太陽系形成假說—一星雲說中,認為星雲物質是由三大類物質組成的。一類是氣物質,包括氫和氦,它們佔有星雲物質總量的98.2%;另一類是冰物質,包括水冰、氨,甲烷等由氧、碳、氮和氫的化合物,其含量約佔1.4%;第三類是土物質,主要包括鐵、矽、鎂、蘸等重元素與氧的化合物,是一些在溫度高達1千度左右時也是固態的物質。由於受到中心天體一一太陽的熱力和引力的影響,這三類物質在組合成行星時,將四距太附遠近的不同而有不同的比例。一般來說,距太陽較近時,太陽的熱力把氣物質和冰物質都驅散,便形成以土物質為主要組成的行星。水星、金星、地球和火星即屬於此類。距太陽稍運,太陽的熱力已不足以趕走氣物質和冰物質,因此便形成了與雲物質具有相似組成比例的木星和上星;距太陽更遠時,不僅熱力不足以驅走冰物質,而且由於太陽的引力也已大大削弱,不能牢地抓住易於逃逸的氣物質,所以便形成了以冰物質為主要成分的天王星、海土星等天體。

傳統理論認為,地球雖然主要由土物質組成,但仍有一小部分冰物質也參加到地球的組成中來,這便是地球水的來源。這一理論還認為,這些參與地球組成的水,是通過地球的演化不斷從地球深部釋放出來的。其證據是,在火山活動區和火山噴發時,都會有大量的氣體出現,其中佔絕大比例的是水汽。但是,隨著人們對火山現象研究的深入,發現與火山活動有關的水,並不是什麼從深部釋放出來的「新生水」,而是地球現有水體循環的一部分。如1966年,克菜因對世界各火山活動區與火山有關的熱水所作的氘分析,證明它們與當地的地面水具有相同的同位素比,從而確認它們是滲入地下的地面水,在火山熱力的作用下重新上升的產物。稍後,其他研究者對某些地區火山熱力所作的氘分析,又發現有的含氘高達91T.E.以上。高含量的氘是人工核爆炸的結果這就更進一步說明有些火山熱水,只不過是新近滲入地下的雨水鑑於以上這些研究成果,一些主張地球水米自「娘胎」的研究者就不得不改變初衷,認為現有的地球水是在地球演化的早期就從深部分異釋放出來。日前這一釋水過程早已結束,所以即使在火山活動區,我們也很難找到新釋放出來的「新生水」,而只能看到現有水體的反覆循環。

是太陽風帶來的嗎？在地球水來自星雲說的支持者們修改他們的理論同時,也有一些研究者把眼光轉向了宇宙空間。他們認為地球上的水是或主要是地球形成以後從宇宙空間不斷添加進來的。1961年,託維利率先提出,地球水是太陽風的傑作。太陽風是太陽外層大氣向外逸散出來的粒子流,在地球軌道附近,太陽風的平均速度達每秒450公裡左右,每立方釐米有幾個粒子。粒子的主要組成是電子和氫原子核—質子。託維利據計算指出,從地球形成至今,地球已從太陽風中吸收氫的總量達1.70×1023克。如果把這些氫全部與地球上的氧結合,即可產生1.53×1024克的水。這個數字與現有地球水體的總量145億億噸(1.45×1024克)是十分接近的。更重要的是,他指出,地球水中的氫與氘含量之比為67001,這與太陽表面的氫氘比也是十分接近的。因此他認為這應是地球水來自太陽風的最有力的證據。但是,反對者指出,水雖有可能來自太空,卻也在不斷向太空散逸。這是因為大氣中的水蒸氣分子會在陽光的紫外線下發生分解,變為氫原子與氧原子。氫原子由於很輕極易擺脫地球引力的束縛,飛向行星際空間。據計算,其逃逸量與進入地球的量大致相等。因此他們認為,如果沒有來自地球本身的水,不足以使地球維持現有的水量。

是來自太空冰球嗎？很早以前,就有人注意到,地球上不時有來自太空的冰隕石的加入。但每年登陸的冰隕石究竟有多少?它們對地球水體的形成有何作用,卻缺乏足夠的估計。許多人認為其數量是無足輕重的。不久前,美國衣阿華大學弗蘭克等在研究1981~1986年以來,從人造衛星發回的數千張地球大氣紫外輻射圖像時,發現在圓盤形的地球圖像上總有一些小黑斑。每個小黑斑大約存在二、三分鐘。這些小黑斑是怎麼回事?經過多次分析和否定了其它一些可能以後,他們認為這些黑斑是由一些看不見的由冰塊組成的小彗星,撞入地球外層大氣後破裂、融化成水蒸氣造成的。他們還估計,每分鐘大約有20顆平均直徑為10米的這種冰球墜入地球。若每顆可融化成水100噸,則每年即可使地球增加10億噸水。地球形成至今已有46億年的歷史,則地球總共可從這種冰球獲得460億億噸水,是現在地球水體總量的三倍有餘。即使扣除了地球歷年散失掉的水分,和部分水在風化作用過程中為地面礦物和巖石所吸收,以及參與生物機體的組成,仍是足足有餘。

起初,弗蘭克的這一假說並沒有引起人們的多大注意,甚至有的人嗤之以鼻,不屑一顧。但是最近在美國召開的地球物理學會上,來白美國加州和加拿大的兩份報告大大加強了這一假說的地位。加利福尼亞噴氣推進實驗室的克菜因·耶茨,使用了一種高倍數的空間探索望遠鏡在空中搜索這種冰球,並發明了可以利用這種望遠鏡進行追蹤的裝置,結果他捕捉到了冰球向地球急速飛來的景象,據說其速度大約每小時3.500公裡,並在距地1,600公裡的高空開始破碎。另外,加拿大科學家在研究了一艘宇宙飛船所拍攝的資料以後,也發現有弗蘭克所指出的小黑斑。

綜上所述,當今人們對地球水的來源存在著不同的認識,究竟孰是孰非,顯然還有待於人們收集更多的客觀證據。