地球上的水到底是哪來的?

話說在宇宙中,99%以上的元素都是氫和氦,剩餘的元素不到1%。大部分的天體都是氣體組成的,像地球這樣的岩石行星少之又少。地球可以說是出道就打敗了99%以上的玩家。而在八大行星裡,像地球這樣,71%的表面覆蓋了水,只有地球一個。那麼問題來了,地球上的水到底是從哪裡來呢?

地球上的水到底是哪來的?

關於這個問題,其實學術圈吵成了一鍋粥,比較主流的有兩大門派:自源說外源說。說白了,就是地球本來就有水以及地球本來沒有水,水是從外太空來的。但是在科學圈混,說話講究的是證據,那這兩派都有哪些證據呢?

今天,我們就來聊一聊這個話題。

自源說

在自源說之前,我們得像科普一下水的簡單知識,我們都知道水的分子式是H₂O ,它是兩個氫原子和一個氧原子構成的。我們都知道氫原子是指質子數為1的原子,氫原子家族有很多兄弟,中子數是0的就是我們常說的氫原子(符號用H表示),中子數為1的叫做氘(符號用D表示),中子數為2的叫做氚(符號用T表示)。所以水的分子式也可能是D₂O或者T₂O。

地球上的水到底是哪來的?

知道了這些,我們再來看看自源說的理論是咋回事,他們認為地球上的水來自於地球自身。地球起源時,形成地球的物質裡面就應該含有水分子,或者包含組成水的元素:氫元素和氧元素。然後在合適的條件下生成了水。

不過,這個觀點一亮出來,就遭到了挑戰。反駁的人是這麼說的:

地球一起開始是一個火球,也沒有大氣,太陽一輻射,生成的水就會被蒸發掉。

這時候,自源說的科學家拿出了自己的證據:尖晶橄欖石,也被叫做林伍德石

地球上的水到底是哪來的?

它被認為是構成地球深部過渡帶的主要造岩礦物。

地球上的水到底是哪來的?

林伍德石晶體結構示意圖:灰色大球為氧原子,白色小球為鎂原子,灰色小球為硅原子,紅色小球為氫原子。

科學家經過測量發現,通常在地下200km處,林伍德石含有水分子的濃度就相當可觀。大概100萬個晶體分子中就含有2000個水分子。

地球上的水到底是哪來的?

在410~660km的深度時,水分子在林伍德石裡的含量就達到了100個晶體分子中就有1.5個水分子。

地球上的水到底是哪來的?

科學家認為,地幔上下層的過度帶存在著巨量的林伍德石。

地球上的水到底是哪來的?

如果平均含量水按1%來算,那僅僅林伍德石的含水總量就得有4.485*10^10億噸,是目前地球表面的水總量的3倍還要多。

地球上的水到底是哪來的?

可問題來來,那些水分子到底是啥時候進入到林伍德石裡的呢?是一開始就有呢?還是後來才進去的呢?這沒人知道。

不過,後來科學家在澳大利亞發現了44億年前的鋯石碎片。這是人類在地殼裡發現的最古老的物質,通過分析,這塊石頭並不是來自於地幔,而是地表的石頭和水接觸後形成的。

地球上的水到底是哪來的?

要知道地球是46億年前左右形成的,也就是說地球形成沒有多久,地表就有水了。所以,科學家推斷,水其實在太陽系形成之初就存在於星雲之中,後來一部分進入了鋯石和林伍德石等礦石,一部分發生冷凝。地球冷卻下來後之後,地表上就有水了。

外源說

我們再來看看另外一派的觀點:外源說。這個說法的主要根據來自於太陽系內的水資源還算是比較豐富的。尤其很多行星中的衛星恨不得整個球都是水做的。

地球上的水到底是哪來的?

所以,科學家是懷疑,是不是有可能早期有一些彗星和隕石來給地球送水?

但口說無憑,想要別人認可,還是要拿出證據來,於是科學家對各種不同的天體做了深入研究。主要研究的是D/H的比例。啥意思呢?一般來說,水並不完全都是H₂O,也會含有一些D₂O,所以只要比較

原子核內含有一箇中子的氘和沒有中子的氫原子的比例就可以,而且這個比例是伴終生了,永遠不會發生改變。也就是說,可以通過這個辦法知道地球上的水和天體上的水是不是同一起源。

地球上的水到底是哪來的?

地球水的D/H比例大概是1.558*10^-4,就是說100萬個氫原子裡有156個氘原子。通過對各種天體和早期的太陽系星雲進行對比。科學家發現,有一種碳質球粒隕石上水分的D/H比例是和地球一樣的,而這類隕石大概佔到太陽系總隕石數的86%,還富含水分。

地球上的水到底是哪來的?

其他的一些彗星和衛星也有和地球水D/H比例一樣的,也有差多很多很多的。

所以,外源說這一派內部有兩種觀點:

1.外來的水一定要和地球水D/H是一樣的,所以送水工只能是碳質球粒隕石和一些行星和彗星。

2.大家都可以來送水,地球的D/H是被一堆送水工調節成現在這樣的。

哪個是主流的假說?

除了自源說和外源說,還有科學家認為是太陽風送來的大量氫核和氧核,在地球大氣層俘獲了電子,以雨和雪的形式落到地球上。但是經過仔細的估算,這樣提供的水量也不過67.5億噸,和地表水的總量1.386*10^10億噸相對,相差太多太多。

所以,科學界主要主流主要是支持自源說,但是最近大家越來越傾向於自源說和外源說都有。也就是說,地球的水既有自帶的,也有送水工給送的。

關於水的起源,我們就說到這裡,看完文章你覺得,地球上的水應該是咋來的呢?


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