地球上的水來自哪里？

雨絲飄了

媒體：濕地中國  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，號稱水球。水孕育了生命，是地球上所有生物不可缺少質。正因為地球有液態(tài)水，地球才變得如此生機勃勃、與眾不同！地球上的水是哪里來的？為什么太陽系的其他行星沒有液態(tài)水呢？

    關于地球上水的來源，有兩大說法：自源說和外源說。

    自源說認為地球的水來自于地球本身。

    地球起源時，形成地球的物質里面就含有水，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反應生成了水。

    在地球形成的一個階段，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。

    地球內部蘊含的水量是巨大的。地下深處的巖漿中含有豐富的水，實驗證明，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12%。有人根據(jù)地球深處巖漿的數(shù)量推測在地球存在的45億年內，深部巖漿釋放的水量可達現(xiàn)代全球大洋水的一半。

    地球巖石礦物中也含有結晶水和晶格水。結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被釋放出來。

    更大量的水存在于地幔中。

    澳大利亞地球科學家泰德·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），這種礦物質的1.5%是由水分子構成的。在凌武德發(fā)表的一篇報告中提到，地幔的過渡層，即“三明治夾層”內具備超高壓、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年以前科學家認為這種礦物質只存在隕石中。

    2014年3月，來自加拿大阿爾伯塔大學的格拉漢姆·皮爾森等在英國《自然》雜志發(fā)表報告，宣稱新發(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渡帶存在水分，而且按照巖石中的水分存在比例，水資源儲量相當豐富，有望超過全球海洋總水量之和。當年，凌武德組織的科研隊伍在巴西馬托格羅索州雨林中的一條小溪內撿到一塊棕色的鉆石，經(jīng)多年化驗比對，直到最近才確認其內部含有微量尖晶橄欖石成分。科學家認為，此次發(fā)現(xiàn)的含有尖晶橄欖石的鉆石，就是通過火山噴發(fā)，由地幔帶到地表的。

    2014年6月，美國西北大學的地球物理學家雅各布森（Steve Jacobsen）及新墨西哥大學的地震學家施曼特（Brandon Schmandt）在美國《科學》雜志合作發(fā)表文章，報告通過利用遍布全美的2000多個地震儀分析了500多次地震的地震波，表明就在美國地下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看，這是可能有水存在的信號。與此同時，研究人員在實驗室中合成上下地幔過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。這為地幔過渡帶存在水分提供了更多的證據(jù)。

    地幔上下層之間的過渡帶(介于410km和660km相變界面之間,界面深度強烈依賴于溫度變化)厚度約25km，占據(jù)地球內部的一個橢圓體區(qū)域，約占地球質量 7.5%，平均含水量按1%計算，存水質量為：地球的質量×地幔過渡帶質量比重×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，因為地殼俯沖形成的上升通道可以進入地幔與地殼之間的軟流層巖漿中，并隨巖漿活動而達到地表。按此理論，地表的液態(tài)水很大部分是內部的水慢慢滲出而積累起來的。有人估計自地球誕生以來，深層巖漿活動帶給地表的水占當今海洋貯水量的一半，又有人估計火山活動噴出來的水相當于海洋水貯量的一半。這二者肯定有重復的地方，

    外源說認為地球的水來自外空：彗星、隕石和太陽風。

    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10%以上。其中碳質球粒隕石含水更多。球粒隕石是太陽系中最常見的一種隕石，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，會有如此多的的隕石帶來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的地球物理化學作用，隕石中的水也更本變不成液態(tài)水。所以，認為地球上的水是地球形成后隕石帶來的觀點不成立。而如果認為，地球和太陽系的其他行星都是由這些球粒隕石凝聚而成的，水來自形成地球的原始物質，那就與自源說沒有差別了！

    另一種外源說認為太陽風到達地球大氣圈上層，帶來大量的氫核、碳核、氧核等原子核，這些原子核與大氣圈中的電子結合成氫原子、碳原子、氧原子等。再通過不同的化學反應變成水分子，據(jù)估計，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。但太陽風形成的水是如此少，在地球45億年生命史中，也不過形成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，不過九牛一毛。這也說明地球的水還是以自源為主。

    看來地球的水既有自源的，也有外源的，但以自源為絕對主要來源。

    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；后來又從天外隕石、彗星、太陽風獲得了少部分；而主要的部分是地球內部通過巖漿活動滲出來的。

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

    液態(tài)水能否存在的一個控制因子是溫度。太陽等星球溫度太高，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，但溫度超過了水的沸點，水都蒸發(fā)了，所以沒有液態(tài)水；有的星球例如火星，溫度低于水的冰點，即使有水也都結冰了，所以也沒有液態(tài)水。