地球上水的起源

高峰

水是生命之源，地球上水的起源一直以來(lái)都是非常重要的科學(xué)問(wèn)題。在地球演化過(guò)程中，水起到了化學(xué)反應(yīng)劑和潤(rùn)滑劑的作用，直接促進(jìn)了地球的演化和生命的起源。地球上水的起源和形成時(shí)間，決定了地球演化的方向和生命起源的時(shí)間。地球上的水到底從哪兒來(lái)？目前比較有代表性的是“外源說(shuō)”和“自源說(shuō)”。不過(guò)，兩種說(shuō)法都缺乏充足的證據(jù)。

1.地球上的水是彗星小行星“撞”出來(lái)的

“外源說(shuō)”認(rèn)為，地球上的水來(lái)自地球外部。而外來(lái)水源的候選者之一便是彗星和富含水的小行星。被譽(yù)為“臟雪球”的彗星，其成分是水和星際塵埃，彗星撞擊地球會(huì)帶來(lái)大量的水。而有些富含水的小行星降落到地球上成為隕石，也含有一定量的水，一般為0.5%～5%，有的可達(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%。正因如此，一些科學(xué)家認(rèn)為，正是彗星和小行星等地外天體撞擊地球時(shí)，將其中冰封的水資源帶入地球環(huán)境中。

然而，科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)慧星水的化學(xué)成分與地球水并不匹配。既然隕石是在地球形成階段就已經(jīng)降落到地球的，那么應(yīng)該在地球的地幔中留下相應(yīng)的化學(xué)痕跡。如果水確實(shí)是在這一階段由隕石帶到地球上的，那么地幔中的同位素水平和隕石中的同位素水平應(yīng)該相同，而分析后發(fā)現(xiàn)，兩者的同位素水平并沒(méi)有任何相似之處。這證明，如果水確實(shí)是由彗星或小行星帶到地球上的，則其來(lái)到地球上的時(shí)間并不是地球的形成期，而是地球演化到形成地殼和地幔之后的時(shí)期。但并不排除另一種情況，即水最開(kāi)始其實(shí)是星際塵埃的組成部分，而地球則正是由星際塵埃所組成的。

2.地球上的水是太陽(yáng)風(fēng)“吹”出來(lái)的

外來(lái)水源的另一個(gè)候選者是太陽(yáng)風(fēng)。太陽(yáng)風(fēng)是指從太陽(yáng)日冕向行星際空間輻射的連續(xù)的等離子體粒子流，是典型的電離原子，由大約90%的質(zhì)子（氫核）、7%的α粒子（氦核）和極少量其它元素的原子核組成。有科學(xué)家認(rèn)為，地球上的水是太陽(yáng)風(fēng)的杰作。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，這些原子核與地球大氣圈中的電子結(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、雪的形式降落到地球上。

3.地球上的水是“娘胎”里帶的

“自源說(shuō)”認(rèn)為地球上的水來(lái)自于地球本身。地球是由原始的太陽(yáng)星云氣體和塵埃經(jīng)過(guò)分餾、坍縮、凝聚而形成的。凝聚后的這些星子繼續(xù)聚集形成行星的胚胎，然后進(jìn)一步增大生長(zhǎng)而形成原始地球。

地球起源時(shí)，形成地球的物質(zhì)里面就含有水。在地球形成時(shí)溫度很高，水或在高壓下存在于地殼、地幔中，或以氣態(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地面。巖漿中的水也隨著火山爆發(fā)和地質(zhì)活動(dòng)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。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。

4.為何只有地球上有液態(tài)水

地球上的水來(lái)源于地球自身演化過(guò)程中的巖漿水等，天文學(xué)家更傾向于是彗星等撞擊地球帶來(lái)的水。目前兩種觀點(diǎn)誰(shuí)都沒(méi)有說(shuō)服誰(shuí)。可能兩方面的來(lái)源都有，主要問(wèn)題在于誰(shuí)是主要來(lái)源，還很難下結(jié)論，需要更多證據(jù)。

液態(tài)水能否存在的關(guān)鍵在于星球表面的溫度。在地球上，由于溫度通常在0～100℃之間，因此，水才可能以液態(tài)形式存在。有的星球如金星表面溫度達(dá)到400多℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了水的沸點(diǎn)，所以沒(méi)有液態(tài)水；有的星球如火星，表面溫度達(dá)到了零下40～50℃，低于水的冰點(diǎn)，即使有水也都冰凍了，所以也不會(huì)有液態(tài)水。因此，水出現(xiàn)在地球上并非偶然，而是必然現(xiàn)象。▲endprint