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地球上的水资源究竟来自哪里?

        地球是一个三十八亿年老的是蓝色星球。古代沉积岩层和冷却成特征枕形的熔岩提供了无可辩驳的证据证明,液态水在地球表面至少存在了这么长的时间。但是考虑到星系中有很多荒芜的岩石行星,这就提出了一个问题,地球上丰富的海洋水资源来自哪里?

  科学家们继续讨论两个有争议性的理论。一种理论认为,地球的水可能是从与地球碰撞的小行星和彗星上捕获的。但最近的研究加强了另一种理论的情况:水总是存在于地球的岩石中,并通过火山逐渐释放到地表。找出哪种机制更重要,不仅可以让我们更好地了解地球的历史,而且还可以帮助我们寻找能够支持生命的其他行星。

  在一九七四年,科学家发现地球的地幔含有比想象中的更多的贵金属,如铂。这些元素很自然地被铁吸引,所以他们中的绝大多数在历史早期就被拉入了地球的核心。

  这导致小行星撞击地球不久之后,就在地球形成动荡的早期提供额外的一层材料。这种“后期的表层覆盖”可能不仅包括贵金属,而且还包括“挥发性”物质,如碳和水,这是已知的存在于一种叫做碳质球粒陨石的小行星上。

  但最近的研究表明,这种捕获的水理论似乎不太可能。二零一七年一月,一项研究表明,地球幔中钌的类型(那些喜欢铁的金属之一)与外层太阳系中常见的小行星具有不同的原子特征。这表明后期的表层覆盖来自内部太阳系,那里的挥发性物质很稀少,因此这些小行星并不是地球上的主要水源。

  其他研究表明,在存在“后期的表层覆盖”之前,地球上就存在丰富的水源。例如,一些证据认为,最早的陆源矿物(锆石)是岩浆源与液态水相互作用而产生的。这些矿物质年龄在四十一亿到四十三亿岁之间,但最后的“后期的表层覆盖”最常被认为是在约三十九亿年前覆盖的。

  更重要的是,因为小行星携带水并不意味着它可以成功地将这种“货物”运送到地球。事实上,科学家现在相信,在早期的小行星撞击中,地球可能失去了质量而不是增加了质量,这一过程被称为碰撞或冲击侵蚀。这仍然是一个未经证实的理论,但最近一项对加拿大萨德伯里冲击坑的研究表明,碰撞已汽化了大部分挥发性金属铅。这意味着更易挥发的物质,例如水也会在冲击中汽化到太空。

  地球上的海洋可能早期形成的最后一个线索是,地球上有比想象中的更多的氯。地球上早期存在液态水将使氯溶解到其中,从而有助于防止水损失到太空。最后,与行星科学家不同,地球化学家长期以来一直认为,地球的海洋不是来自捕获的冰彗星,因为它们包含不同量的“重”氢。

  所有这些证据表明,地球表面的水或“液态水圈”实际上是通过从地球内排气而积累的。水以矿物中的羟基(一个氢和一个氧原子)的形式被存储在地球的地幔中。

  当地幔岩石融化,水溶入了岩浆。当岩浆朝向表面上升并冷却时,压力降低,晶体形成,并且水以蒸汽的形式通过火山爆发被释出来。通过这种机制,来自更深的水可以通过排气到地球表面。

  开创性的实验工作表明,一百五十公里至二百公里深度的矿物可能含有水。但是,最近的验、建模和地震数据表明,水也可能在地表以下四百公里至六百六十公里处发现。最近从科学家研究钻石晶体形成深层地下的数据表明,水可能进一步储存。这种来自实际地幔矿物的新证据让科学家产生地球表面的水可能来自地球深处。

  但需要知道的是,水也可以循环回地幔。这意味着在海洋中的水和储存在地幔中的水之间有一个平衡。我们只能猜测在这些深处还有多少水可能被锁住。

  我们知道,海平面相对于陆地的平均水平在近四十亿年中保持相对恒定。这表明一个不断循环的水从地幔涌出并被吸收回地幔已经显著地帮助生命在这个星球的历史上继续。

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