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2024-02-29
更新時(shí)間:2024-02-29 09:06:38作者:未知
地球的表面分布著大量的水,如果你從太平洋的上方俯瞰,你將會看到地球像極了一個(gè)“水球”,根據(jù)科學(xué)家的估算,地球表面的水量高達(dá)130億億噸!假如把這些水平均分給所有的地球人,那平均每一個(gè)人大約可以分到1.8億噸。
正是因?yàn)閾碛辛舜罅康囊簯B(tài)水,地球才可以孕育出包括我們?nèi)祟愒趦?nèi)的所有生命,也讓擁有高等智慧的人類開始思考一個(gè)問題:地球哪來這么多的水?
總的來講,這個(gè)問題存在著兩種解釋,一種是這些水來自于地球之外,也就是從“天上”掉下來的,另一種則是這些水來自地球本身,也就是從“地下”冒出來的。長久以來,科學(xué)家們一直在試圖搞清楚地球上的水到底是來自“天上”,還是來自“地下”,下面我們就來了解一下。
如上圖所示,氫(H)、氦(He)、氧(O)、碳(C)是宇宙中排名前四的元素,由于氧元素的化學(xué)性質(zhì)非?;顫?,因此氧很容易與氫發(fā)生反應(yīng)生成水(H2O),和碳發(fā)生反應(yīng)生成二氧化碳(CO2),也就是說,水和二氧化碳在宇宙本來就是廣泛存在的。
但宇宙中的水很多,并不代表地球在形成時(shí)的水也很多。
地球并不是一開始就像現(xiàn)在這么大,根據(jù)“星云理論”,地球是眾多星云物質(zhì)通過一點(diǎn)一點(diǎn)的吸積逐漸形成的,這是一個(gè)從小到大的漸進(jìn)過程,而水是一種具有揮發(fā)性的物質(zhì),并且也比較輕,所以地球的質(zhì)量必須要增長到一定的程度時(shí),其產(chǎn)生的引力才能束縛住水。
在地球最終形成之前,太陽早已形成并且開始發(fā)光發(fā)熱,其釋放出的能量會不斷地將其附近的水變成液態(tài)和氣態(tài),并將它們向太陽系外圍驅(qū)離,而此時(shí)的地球引力很小,只能眼睜睜著看著大量的水離自己越來越遠(yuǎn),當(dāng)?shù)厍蚪K于成長到可以束縛水的時(shí)候,它所在的區(qū)域已經(jīng)幾乎沒有水了。
離太陽越遠(yuǎn)溫度就越低,當(dāng)被太陽驅(qū)離的水超過了太陽系的“雪線”(大概位于現(xiàn)在的火星和木星軌道之間),就會凝結(jié)成固體,從而變得很容易吸積,所以在“雪線”以外的各種天體通常都擁有大量的水。
我們可以看到,按照這樣的說法,地球在形成之后是極為缺水的,而在太陽系外圍卻又是富含水的。
正是因?yàn)槿绱?,科學(xué)家才大膽推測,地球上的水應(yīng)該是來自“天上”,即太陽系外圍的那些富含水的小天體帶來的,而其中最佳的“候選者”當(dāng)然就是彗星了(彗星又稱“臟雪球”,一般認(rèn)為它們起源于太陽系外圍的柯伊伯帶和奧特星云,其含水量最高可以超過50%)。
然而“彗星說”很快就被潑了一盆冷水,因?yàn)楹罄m(xù)的觀測數(shù)據(jù)表明,已知彗星所含的水的同位素比值(氘氫比)與地球上的水完全不一樣,于是科學(xué)家就將目光投向了“第2候選者”——太陽系中的小行星。
在形成地球的同一時(shí)期,太陽系中也形成了數(shù)量龐大的小行星,由于種種原因,它們最終沒有吸積成更大的天體,直到現(xiàn)在,太陽系中仍然存在大量的小行星,它們主要分布在火星軌道與木星軌道之間的“小行星帶”之中。
由于小行星質(zhì)量很小,其運(yùn)行軌道很容易受到其它天體的引力干擾,因此地球會時(shí)不時(shí)地捕獲到一些“胡亂飛行”的小行星,當(dāng)它們墜落在地球表面之后就變成了隕石。
通過對隕石成分的分析,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),隕石里確實(shí)存在著水分(含水量大概在0.99%至20%這個(gè)范圍內(nèi)),并且有一種在太陽系中廣泛存在的“碳質(zhì)球粒隕石”,其攜帶的水的同位素比值與地球上的水非常接近。
已知的種種跡象表明,在距今大約38億年至41億年前,太陽系內(nèi)側(cè)曾經(jīng)歷過一次“后期重轟炸期”,在這期間,大量來自太陽系外圍的小行星密集“轟炸”了地球和月球。很明顯,此時(shí)的地球早已擁有了足夠的引力束縛住水,所以有一個(gè)合理的推測就是,地球上的水很可能是在這段時(shí)期里得到的。
由于“小行星說”合情合理,并且有觀測數(shù)據(jù)的支撐,因此得到了很多認(rèn)同,但在2014年的時(shí)候,一塊澳洲西北山區(qū)巖石層中發(fā)現(xiàn)的鋯石,卻讓“小行星說”遭到了挑戰(zhàn)。
分析結(jié)果顯示,這塊鋯石來自于地球本身,距今已有44億年的歷史,而這種鋯石則是形成于混合巖漿與液態(tài)水發(fā)生的反應(yīng)。也就是說,早在“后期重轟炸期”發(fā)生之前,地球上就已經(jīng)存在著液態(tài)水了。
為什么會這樣呢?一個(gè)簡單的解釋就是,這些水應(yīng)該是來自于“地下”。該觀點(diǎn)認(rèn)為,在太陽系形成之初,有一些水能夠以化學(xué)鍵、結(jié)晶水等多種形式在于礦物中,而這種礦物是可以在地球形成的過程中被吸積的。
隨著原始地球的質(zhì)量逐漸增大,其能夠吸積的物質(zhì)也越來越多,原始地球遭到的撞擊也越來越頻繁,物質(zhì)的動能不斷地轉(zhuǎn)變成熱量,當(dāng)熱量積累到一定程度的時(shí)候,原始地球就變成了一顆熾熱的熔融星球。
在高溫的環(huán)境下,地球內(nèi)部的那些含水礦物中的水就會釋放出來,但此時(shí)地球的引力已經(jīng)可以牢牢地將這些水束縛住,所以這些水就以水蒸氣的形式存在于地球上空。
在接下來的時(shí)間里,地球最終清空了其運(yùn)行軌道上的絕大多數(shù)物質(zhì),沒有了頻繁的碰撞之后,地球開始不斷降溫,并逐漸形成了原始的地殼,而這些水蒸氣也最終以液態(tài)水的形式來到地球表面,并匯聚成地球上的原始海洋。
那么上述的觀點(diǎn)哪一種才是對的呢?其實(shí)我們可以這樣理解,上述的觀點(diǎn)應(yīng)該是可以兼容的,也就是說,地球上130億億噸的水,是由多種渠道而來,它們中有些來自“天上”,而有些來自“地下”,只不過我們暫時(shí)還不能確定,到底是來自哪一種渠道的水更多。