地球上的水來(lái)自哪里？

雨絲飄了

媒體：濕地中國(guó)  作者：灞上人家
發(fā)布：灞上人家 2015/4/10 13:02:36      

     地球71％的表面積被水覆蓋，號(hào)稱(chēng)水球。水孕育了生命，是地球上所有生物不可缺少質(zhì)。正因?yàn)榈厍蛴幸簯B(tài)水，地球才變得如此生機(jī)勃勃、與眾不同！地球上的水是哪里來(lái)的？為什么太陽(yáng)系的其他行星沒(méi)有液態(tài)水呢？

    關(guān)于地球上水的來(lái)源，有兩大說(shuō)法：自源說(shuō)和外源說(shuō)。

    自源說(shuō)認(rèn)為地球的水來(lái)自于地球本身。

    地球起源時(shí)，形成地球的物質(zhì)里面就含有水，或者包含組成水的元素氫和氧，氫和氧在適宜的條件下化學(xué)反應(yīng)生成了水。

    在地球形成的一個(gè)階段，溫度很高，水或者在高壓下存在于地殼、地幔中，或者以氣態(tài)存在于地球大氣中。后來(lái)隨著溫度的降低，地球大氣中的水冷凝落到了地面。巖漿中的水也隨著火山爆發(fā)不斷釋放到大氣、降落到地表。匯集到地表低洼處的水就形成了河流、湖泊、海洋。

    地球內(nèi)部蘊(yùn)含的水量是巨大的。地下深處的巖漿中含有豐富的水，實(shí)驗(yàn)證明，壓力為15 kpa、溫度為1,0000C的巖漿，可以溶解30%的水?；鹕娇谔幍膸r漿平均含水6%，有的可達(dá)12%。有人根據(jù)地球深處巖漿的數(shù)量推測(cè)在地球存在的45億年內(nèi)，深部巖漿釋放的水量可達(dá)現(xiàn)代全球大洋水的一半。

    地球巖石礦物中也含有結(jié)晶水和晶格水。結(jié)晶水是作物水合物分子組成部分的水，例如五水硫酸銅中的水。晶格水是礦物的晶體格架里面參雜的少量的H2O水分子。在合適的條件下，這些巖石中的水就會(huì)被釋放出來(lái)。

    更大量的水存在于地幔中。

    澳大利亞地球科學(xué)家泰德·凌武德(Ted Ringwood，1930-1993)發(fā)現(xiàn)了以他的名字命名的尖晶橄欖石（Ringwoodite），這種礦物質(zhì)的1.5%是由水分子構(gòu)成的。在凌武德發(fā)表的一篇報(bào)告中提到，地幔的過(guò)渡層，即“三明治夾層”內(nèi)具備超高壓、超高溫等條件，因此那里富含鉆石，也符合尖晶橄欖石這種礦物質(zhì)的產(chǎn)生條件。

    尖晶橄欖石在隕石中普遍存在，但在地球上的巖石上卻極少發(fā)現(xiàn)，起碼在2008年以前科學(xué)家認(rèn)為這種礦物質(zhì)只存在隕石中。

    2014年3月，來(lái)自加拿大阿爾伯塔大學(xué)的格拉漢姆·皮爾森等在英國(guó)《自然》雜志發(fā)表報(bào)告，宣稱(chēng)新發(fā)現(xiàn)的尖晶橄欖石樣品，提供了足夠充分的證據(jù)，證明地幔上下層之間的過(guò)渡帶存在水分，而且按照巖石中的水分存在比例，水資源儲(chǔ)量相當(dāng)豐富，有望超過(guò)全球海洋總水量之和。當(dāng)年，凌武德組織的科研隊(duì)伍在巴西馬托格羅索州雨林中的一條小溪內(nèi)撿到一塊棕色的鉆石，經(jīng)多年化驗(yàn)比對(duì)，直到最近才確認(rèn)其內(nèi)部含有微量尖晶橄欖石成分?？茖W(xué)家認(rèn)為，此次發(fā)現(xiàn)的含有尖晶橄欖石的鉆石，就是通過(guò)火山噴發(fā)，由地幔帶到地表的。

    2014年6月，美國(guó)西北大學(xué)的地球物理學(xué)家雅各布森（Steve Jacobsen）及新墨西哥大學(xué)的地震學(xué)家施曼特（Brandon Schmandt）在美國(guó)《科學(xué)》雜志合作發(fā)表文章，報(bào)告通過(guò)利用遍布全美的2000多個(gè)地震儀分析了500多次地震的地震波，表明就在美國(guó)地下660公里深處，巖石發(fā)生部分熔融，且從地震波傳播速度減緩來(lái)看，這是可能有水存在的信號(hào)。與此同時(shí)，研究人員在實(shí)驗(yàn)室中合成上下地幔過(guò)渡帶中存在的尖晶橄欖石，并模擬地下660公里深處的高溫高壓環(huán)境，尖晶橄欖石在此環(huán)境下發(fā)生部分熔融，就像出汗一樣釋放出水分子。這為地幔過(guò)渡帶存在水分提供了更多的證據(jù)。

    地幔上下層之間的過(guò)渡帶(介于410km和660km相變界面之間,界面深度強(qiáng)烈依賴(lài)于溫度變化)厚度約25km，占據(jù)地球內(nèi)部的一個(gè)橢圓體區(qū)域，約占地球質(zhì)量 7.5%，平均含水量按1%計(jì)算，存水質(zhì)量為：地球的質(zhì)量×地幔過(guò)渡帶質(zhì)量比重×含水量=5.98×1024kg×7.5%×1%＝4.485×1021kg＝4.485×1010億噸，是現(xiàn)今地球表面的水貯量（包括液態(tài)水、固態(tài)冰雪和氣態(tài)水汽）1.3860×1010億噸的3倍多。

    地幔中的水，因?yàn)榈貧じ_形成的上升通道可以進(jìn)入地幔與地殼之間的軟流層巖漿中，并隨巖漿活動(dòng)而達(dá)到地表。按此理論，地表的液態(tài)水很大部分是內(nèi)部的水慢慢滲出而積累起來(lái)的。有人估計(jì)自地球誕生以來(lái)，深層巖漿活動(dòng)帶給地表的水占當(dāng)今海洋貯水量的一半，又有人估計(jì)火山活動(dòng)噴出來(lái)的水相當(dāng)于海洋水貯量的一半。這二者肯定有重復(fù)的地方，

    外源說(shuō)認(rèn)為地球的水來(lái)自外空：彗星、隕石和太陽(yáng)風(fēng)。

    碰撞到地球的彗星、降落到地球的隕石，其成分含有一定量的水，一般為0.5～5%，有的高達(dá)10%以上。其中碳質(zhì)球粒隕石含水更多。球粒隕石是太陽(yáng)系中最常見(jiàn)的一種隕石，大約占所有隕石總數(shù)的86%。降落到地球的隕石把水分帶到了地球。

    但是，不可想像在地球形成之后，會(huì)有如此多的的隕石帶來(lái)如此多以至于形成地球海洋的水量！而且如果光有隕石而缺乏把其中的水釋放出來(lái)的地球物理化學(xué)作用，隕石中的水也更本變不成液態(tài)水。所以，認(rèn)為地球上的水是地球形成后隕石帶來(lái)的觀點(diǎn)不成立。而如果認(rèn)為，地球和太陽(yáng)系的其他行星都是由這些球粒隕石凝聚而成的，水來(lái)自形成地球的原始物質(zhì)，那就與自源說(shuō)沒(méi)有差別了！

    另一種外源說(shuō)認(rèn)為太陽(yáng)風(fēng)到達(dá)地球大氣圈上層，帶來(lái)大量的氫核、碳核、氧核等原子核，這些原子核與大氣圈中的電子結(jié)合成氫原子、碳原子、氧原子等。再通過(guò)不同的化學(xué)反應(yīng)變成水分子，據(jù)估計(jì)，在地球大氣的高層，每年幾乎產(chǎn)生1.5 噸這種“宇宙水”。然后，這種水以雨、雪的形式落到地球上。但太陽(yáng)風(fēng)形成的水是如此少，在地球45億年生命史中，也不過(guò)形成67.5億噸水！與現(xiàn)今地球表面的水貯量（包括液態(tài)水、固態(tài)冰雪和氣態(tài)水汽）1.3860×1010億噸相比，不過(guò)九牛一毛。這也說(shuō)明地球的水還是以自源為主。

    看來(lái)地球的水既有自源的，也有外源的，但以自源為絕對(duì)主要來(lái)源。

    目前地球表面的水，或許在地球形成初期就有了一部分，例如存在于原始大氣中的水、存在于地表巖石中的水；后來(lái)又從天外隕石、彗星、太陽(yáng)風(fēng)獲得了少部分；而主要的部分是地球內(nèi)部通過(guò)巖漿活動(dòng)滲出來(lái)的。

    既然地球可以自生水而形成水球，一個(gè)自然的問(wèn)題是與地球有同樣起源的其他星球如火星、月亮為什么沒(méi)有液態(tài)水存在呢？甚至連水的蹤影都找不到呢？

    液態(tài)水能否存在的一個(gè)控制因子是溫度。太陽(yáng)等星球溫度太高，連水分子都不能存在而分解成了原子，所以根本沒(méi)有水；有的星球例如金星，溫度不算太高，水分子可以存在，但溫度超過(guò)了水的沸點(diǎn)，水都蒸發(fā)了，所以沒(méi)有液態(tài)水；有的星球例如火星，溫度低于水的冰點(diǎn)，即使有水也都結(jié)冰了，所以也沒(méi)有液態(tài)水。