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地球上水的起源

发布时间:2022-02-21 08:41:15 浏览数:

水是生命之源,地球上水的起源一直以来都是非常重要的科学问题。在地球演化过程中,水起到了化学反应剂和润滑剂的作用,直接促进了地球的演化和生命的起源。地球上水的起源和形成时间,决定了地球演化的方向和生命起源的时间。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“自源说”。不过,两种说法都缺乏充足的证据。

1.地球上的水是彗星小行星“撞”出来的

“外源说”认为,地球上的水来自地球外部。而外来水源的候选者之一便是彗星和富含水的小行星。被誉为“脏雪球”的彗星,其成分是水和星际尘埃,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,也含有一定量的水,一般为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常见的一种陨石,大约占所有陨石总数的86%。正因如此,一些科学家认为,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。

然而,科学家研究发现,大多数慧星水的化学成分与地球水并不匹配。既然陨石是在地球形成阶段就已经降落到地球的,那么应该在地球的地幔中留下相应的化学痕迹。如果水确实是在这一阶段由陨石带到地球上的,那么地幔中的同位素水平和陨石中的同位素水平应该相同,而分析后发现,两者的同位素水平并没有任何相似之处。这证明,如果水确实是由彗星或小行星带到地球上的,则其来到地球上的时间并不是地球的形成期,而是地球演化到形成地壳和地幔之后的时期。但并不排除另一种情况,即水最开始其实是星际尘埃的组成部分,而地球则正是由星际尘埃所组成的。

2.地球上的水是太阳风“吹”出来的

外来水源的另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)和极少量其它元素的原子核组成。有科学家认为,地球上的水是太阳风的杰作。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分子,据估计,在地球大气的高层,每年几乎产生1.5吨这种“宇宙水”。然后,这种水以雨、雪的形式降落到地球上。

3.地球上的水是“娘胎”里带的

“自源说”认为地球上的水来自于地球本身。地球是由原始的太阳星云气体和尘埃经过分馏、坍缩、凝聚而形成的。凝聚后的这些星子继续聚集形成行星的胚胎,然后进一步增大生长而形成原始地球。

地球起源时,形成地球的物质里面就含有水。在地球形成时溫度很高,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。后来随着温度的降低,地球大气中的水冷凝落到地面。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,汇集到地表低洼处的水就形成了河流、湖泊、海洋。

地球内部蕴含的水量是巨大的。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一半。

4.为何只有地球上有液态水

地球上的水来源于地球自身演化过程中的岩浆水等,天文学家更倾向于是彗星等撞击地球带来的水。目前两种观点谁都没有说服谁。可能两方面的来源都有,主要问题在于谁是主要来源,还很难下结论,需要更多证据。

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0~100℃之间,因此,水才可能以液态形式存在。有的星球如金星表面温度达到400多℃,远远超过了水的沸点,所以没有液态水;有的星球如火星,表面温度达到了零下40~50℃,低于水的冰点,即使有水也都冰冻了,所以也不会有液态水。因此,水出现在地球上并非偶然,而是必然现象。▲

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