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地球上的水到底从哪儿来

2017-03-07 03:04:36

　　关于地球水的来源有许多各不相同的认识，各有各的道理，但真相究竟如何，还有待于科学家们搜集更多的客观证据，以揭开这个谜。

　　尽人皆知，地球表面71%的面积被水覆盖。但是，地球上的水从哪儿来，却始终是未解之谜。近日，关于地球上水的起源问题又有新发现。

　　《自然》杂志载文称，德国明斯特大学的科学家通过对来自加拿大不列颠哥伦比亚省塔吉胥湖陨石和地球地幔岩石样品的同位素分析显示，水在地球上出现的时间比此前预期的要晚很多。这在很大程度上反驳了此前很多科学家所持有的“水是地球构成阶段时期由陨石表面的冰层转变而来”的说法。

　　行星科学家、科普作家、中国科学院国家天文台研究员郑永春博士接受科技日报记者采访时表示，水是生命之源，地球上水的起源1直以来都是非常重要的科学问题。在地球演变进程中，水起到了化学反应剂和润滑剂的作用，直接增进了地球的演变和生命的起源。地球上水的起源和构成时间，决定了地球演变的方向和生命起源的时间。

　　那末，地球上的水，到底从哪儿来？目前比较有代表性的是“外源说”和“内源说”。不过，“两种说法都缺少充足的证据。”郑永春说。

　　地球上的水是彗星小行星“撞”出来的？

　　所谓“外源说”，顾名思义，认为地球上的水来自地球外部。而外来水源的候选者之1便是彗星和富含水的小行星。

　　郑永春介绍，被誉为“脏雪球”的彗星，其成份是水和星际尘埃，彗星撞击地球会带来大量的水。而有些富含水的小行星降落到地球上成为陨石，也含有1定量的水，1般为0.5%—5%，有的可达10%以上，其中碳质球粒陨石含水更多。球粒陨石是太阳系中最多见的1种陨石，大约占所有陨石总数的86%。正因如此，1些科学家认为，正是彗星和小行星等地外天体撞击地球时，将其中冰封的水资源带入地球环境中。

　　但是，科学家研究发现，大多数慧星水的化学成份与地球水其实不匹配。另外，上述德国明斯特大学科学家认为，既然陨石是在地球构成阶段就已降落到地球的，那末应当在地球的地幔中留下相应的化学痕迹。如果水确切是在这1阶段由陨石带到地球上的，那末地幔中的同位素水平和陨石中的同位素水平应当相同，而当他们将不列颠哥伦比亚塔吉胥湖的陨石中钌同位素及地球地幔中钌同位素进行对照分析后却发现，二者的同位素水平并没有任何类似的地方。

　　据此，德国明斯特大学科学家表示，这证明，如果水确切是由彗星或小行星带到地球上的，则其来到地球上的时间其实不是地球的构成期，而是地球演变到构成地壳和地幔以后的时期。但其实不排除另外一种情况，即水最开始实际上是星际尘埃的组成部份，而地球则正是由星际尘埃所组成的。

　　另外，郑永春表示，且不论这个撞击的时间节点，单说地球表面要想构成当今的水储量得需要多少陨石？如果光有陨石而缺少把其中的水释放出来的地球物理化学作用，陨石中的水又怎样变成液态水？这些问题还有待进1步发掘。

　　地球上的水是太阳风“吹”出来的？

　　外来水源的另外一个候选者是太阳风。太阳风是指从太阳日冕向行星际空间辐射的连续的等离子体粒子流，是典型的电离原子，由大约90%的质子（氢核）、7%的α粒子（氦核）和极少许其他元素的原子核组成。有科学家认为，地球上的水是太阳风的杰作。首先提出这1观点的科学家是托维利，他认为，太阳风到达地球大气圈上层，带来大量的氢核、碳核、氧核等原子核，这些原子核与地球大气圈中的电子结合成氢原子、碳原子、氧原子等。再通过不同的化学反应变成水份子，据估计，在地球大气的高层，每一年几近产生1.5吨这类“宇宙水”。然后，这类水以雨、雪的情势降落到地球上。

　　更重要的是，地球水中的氢与氚含量之比为6700：1，这与太阳表面的氢氚比也是10分接近的。因此托维利认为，这可以充分辩明地球水来自太阳风。但太阳风构成的水是如此之少，在地球45亿年生命史中，也不过构成了67.5亿吨水，与当今地球表面的水贮量（包括液态水、固态冰雪和蔼态水汽）1.3860×1010亿吨相比，不过9牛1毛。

　　地球上的水是“娘胎”里带的？

　　与外源说相对的是自源说，自源说认为地球上的水来自于地球本身。郑永春说，地球是由原始的太阳星云气体和尘埃经过分馏、坍缩、凝聚而构成的。凝聚后的这些星子继续聚集构成行星的胚胎，然落后1步增大生长而构成原始地球。

　　地球起源时，构成地球的物资里面就含有水。在地球构成时温度很高，水或在高压下存在于地壳、地幔中，或以气态存在于地球大气中。后来随着温度的下降，地球大气中的水冷凝落到了地面。岩浆中的水也随着火山爆发和地质活动不断释放到大气、降落到地表。聚集到地表低洼处的水就构成了河流、湖泊、海洋。

　　地球内部包含的水量是巨大的。地下深处的岩浆中含有丰富的水。有人根据地球深处岩浆的数量推测，在地球存在的45亿年内，深部岩浆释放的水量可达现代全球大洋水的1半。

　　还有1种说法认为在地球开始构成的最初阶段，其内部曾包括有非常丰富的氢元素，它们后来与地幔中的氧产生了反应并终究构成了水。

　　为什么只有地球上有液态水？

　　地球科学家偏向于认为，地球上的水来源于地球本身演变进程中的岩浆水等，天文学家更偏向因而彗星等撞击地球带来的水。目前两种观点谁都没有说服谁。郑永春表示：“可能两方面的来源都有，目前的主要问题在于谁是主要来源，还很难下结论，需要更多的证据。”

　　“很多人仿佛觉得太空中的水很希少，实际上水在太阳系中非常丰富。”郑永春说，例如我们的邻近行星——火星，已在其表面发现了很多干涸的河床、湖泊、3角洲、冲积扇等，这说明火星表面曾有大量的水。现在科学家也相信，火星地下和两很可能藏有很多水。另外，1些小行星、海王星轨道以外的柯伊伯带的天体上也有大量的水存在。而在柯伊伯带之外的奥尔特云更是散布着大量的彗星，这些彗星大部份就由水组成。

　　既然太阳系中其实不缺水，为什么只有地球有液态水？郑永春表示，液态水能否存在的关键在于星球表面的温度。在地球上，由于温度通常在0到100摄氏度之间，因此水才可能以液态情势存在。有的星球如金星表面温度到达400多摄氏度，远远超过了水的沸点，所以没有液态水；有的星球如火星，表面温度到达了零下4510摄氏度，低于水的冰点，即便有水也都冰冻了，所以也不会有很多液态水。所以水出现在地球上并不是偶然，而是必定现象。

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　　地球水的“第4种形态”

　　地球上的水绝大多数其实其实不是以我们所熟知的冰、水、气3种情势存在。水还有另外1种存在情势，这类情势异乎寻常——那就是封存在岩石中的水。

　　可以说，这些岩石像1个巨大的水库，它的含水量最少与地球上所有河流、海洋和冰川中的水量加起来1样多，也许还是海洋水量的4倍、6倍或10倍。但它们1直被深埋在我们脚下410千米处。

　　这类奇特的“第4种形态”的水，还可能藏匿在你家的厨房中。如果你家厨房的绿石灶台是用蛇纹石做成的，假定1块蛇纹石的灶台面板重约90公斤，在这块石头中，就有约10公斤会是水，即石头中可能融入了10升水。但是，这类融会其实不像把鸡蛋搅在稀面糊中那样，而是水融进矿石的每一个份子中，即裹在构成蛇纹石的镁、硅和氧原子的点阵结构中。几近地下410千米深处的矿石大都以这样的方式融进了水——在410千米厚的岩石叠加在1起所产生的重力，和约1093.33摄氏度高温加热的共同作用下，1个氢原子会离开水份子，留下1个羟基，而这个氢原子会融入矿石份子。科学家把这类融入水的矿石称为“水合矿物资”，即“水岩”。

　　可以这样形象地解释：在适当的温度和压力下，某种矿石的确将水吸入其份子结构中，就像海绵吸水1样。而水份子进入矿石就会分解，分解为1个氢原子和1个羟基。所以矿石中绝对有水。

　　而且科学家最少从3方面得出了结论：水岩确切比没有水合状态时更柔韧，更容易变形；科学家能用红外线分光镜丈量出矿石份子结构中的水份子；最重要的是，当矿石承受的压力和温度以适当的方式被去除时，氢原子和羟基就会从矿石中脱离，以水的情势从矿石中流出。

　　科学家认为，这类水岩遍及地下400—650千米的深处，厚达240千米，比地球表面的水层还要厚。即便这类矿石的含水量只有1%，其水量也很大，实际上已相当于地球海洋水量的几倍。

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