新浪科技訊 北京時間5月12日消息,眾(zhong) 所周知,水是生命必不可少的條件,而地球是已知唯一被海洋覆蓋的行星。那麽(me) ,地球上這麽(me) 多的水來自哪裏?
構成水的氫和氧來自哪裏?
這個(ge) 問題並不簡單。長期以來,人們(men) 一直認為(wei) 地球在形成之初十分幹燥,沒有水的存在。當時的地球很靠近太陽,而太陽係形成時的溫度很高。在這個(ge) 模型中,水可能是通過彗星或小行星的碰撞來到地球的。如此複雜的起源意味著我們(men) 的星球在宇宙中很可能是獨一無二的。
然而,在2020年的一項研究中,科學家發現水——或者至少是組成水的氫和氧——可能就存在於(yu) 最初形成地球的岩石中。如果這是真的,那麽(me) 宇宙中其他地方就很可能也存在具有液態水的“藍色行星”。
地球表麵和內(nei) 部的水
液態水覆蓋了地球表麵的70%以上,其中約95.6%為(wei) 海洋,其餘(yu) 4%存在於(yu) 冰川、冰蓋、地下水、湖泊、河流、土壤和大氣中。然而,地球上大部分的水都深藏在地下:地幔中包含的水的體(ti) 積是海洋的1到10倍。
地球的水,從大到小分別是:地球表麵、內部和大氣中的水;液態淡水;淡水湖泊和河流
在地球表麵,“水”意味著兩(liang) 個(ge) 氫原子結合一個(ge) 氧原子(H20),而在地幔中所謂的“水”,對應的則是礦物質、岩漿和流體(ti) 中的氫。這些氫可以與(yu) 周圍的氧結合,在適當的溫度和壓力條件下形成水。
雖然水隻占地球質量的不到0.5%,但在地球自身演化和地表生命的形成過程中,卻起著至關(guan) 重要的作用。早期太陽係存在大量的氫,主要以氫氣(H2)的形式存在,或與(yu) 氧原子結合形成水(H2O)。然而,地球和其他岩石行星(水星、金星和火星)是在太陽附近形成的,那裏的溫度太高,水無法以冰的形式融合到岩石中,而是隻能蒸發。那麽(me) ,為(wei) 什麽(me) 今天的地球上有這麽(me) 多水,無論是在地幔還是在地表?
一個(ge) 被普遍接受的假設是,含水的小行星向地球輸送了氫。在地球上,科學家發現了一些具有獨特球粒結構的隕石,稱為(wei) 球粒隕石;這些隕石來自質量較小的小行星。與(yu) 行星不同的是,小行星自誕生以來從(cong) 未經曆過地質演化,因此,它們(men) 是太陽係最初幾百萬(wan) 年的良好見證。
太陽係形成之初是一團氣體和塵埃,行星和行星體由塵埃凝聚而成。在星際物質的低壓下,水能否融入行星體取決於周圍的溫度:在零下120攝氏度以上,水以蒸氣形式存在,不與其他固體凝結
例如,碳質球粒隕石形成於(yu) 距離太陽足夠遠的地方,最初含有水冰(所有的水冰後來都通過熱液蝕變融入了水合礦物中)。相比之下,普通球粒隕石和頑輝石球粒隕石形成之處距離太陽更近,那裏的水呈氣態,並且大量地融入到岩石中。和岩石行星一樣,普通球粒隕石和頑輝石球粒隕石通常被認為(wei) 是“幹燥的”。
到目前為(wei) 止,科學家公認的假設是,地球形成於(yu) 幹燥的物質,而地球的水來自於(yu) 離太陽更遠的天體(ti) 輸送;這些天體(ti) 包括含水隕石,如碳質球粒隕石或彗星等。然而,關(guan) 於(yu) 彗星的假設並沒有得到近期歐洲空間局羅塞塔號任務探測結果的支持。
地球水的另一個(ge) 來源?
另一項研究則講述了一個(ge) 不同的故事。法國洛林大學的研究人員分析了頑輝石球粒隕石中的氫。這些“幹燥”的隕石可以很準確地模擬地球形成過程中的岩石,因此其氫含量暗示了地球形成過程中可能存在水。
左圖的默奇森隕石是一塊碳質球粒隕石(0.46g),其包含的水合礦物和有機組分形成於外太陽係。右圖為頑輝石球粒狀隕石(Sahara 97096,70克),不含形成於內太陽係的水合礦物
研究人員通過觀察各種同位素的含量來比較地球岩石和頑輝石球粒隕石的成分組成。他們(men) 發現,盡管頑輝石球粒隕石不含水合礦物質,但確實含有少量的氫,其同位素比例與(yu) 地球一致。在凝聚成硬質球粒隕石的礦物和有機化合物中,氫通常以微量(<0.1%)存在,這就解釋了地幔和部分海洋中所含的大部分水的來源。因此,地球上大部分的水(更準確地說是水的組成元素氫和氧)可能從(cong) 一開始就存在。
水的地球起源意味著什麽(me) ?
當然,這項研究並不能告訴我們(men) 海洋何時在地球表麵出現,但科學家已經知道,地球上的水不一定是由離太陽很遠的含水天體(ti) 提供的。至於(yu) 內(nei) 太陽係的岩石中,氫是以什麽(me) 形式和什麽(me) 過程被吸收和儲(chu) 存的,我們(men) 目前還不得而知。
在內(nei) 太陽係岩石中存在的氫具有特別重要的意義(yi) ,因為(wei) 其很可能是其他岩態行星(水星、金星和火星)上水的起源。類似的岩石也可能為(wei) 圍繞其他恒星運行的行星提供了水,從(cong) 而使其具有發展出生命的條件——至少是我們(men) 所知的生命形式。
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