地球表面大部分都被水覆盖,这么多水到底哪里来的?
目前有两种观点,分别是外源说和自源说。
外源说认为,地球水来自宇宙天体的 “水运输”,其中彗星撞击论和小行星携带论是两种主要观点。
彗星撞击论曾是地球水起源的热门假说。
在太阳系的外围,存在着大量由冰体构成的彗星,它们如同冰冷的使者,在靠近太阳时,由于太阳的热量,彗星表面的冰会升华为水汽。
科学家通过对彗星的观测和研究发现,彗星中确实含有大量的水冰。例如,著名的哈雷彗星,它的彗核主要由冰和尘埃组成,当它接近太阳时,冰升华形成壮观的彗发和彗尾,其中就包含着大量的水汽。
在地球形成的早期,太阳系还处于相对混乱的状态,彗星的轨道也不像现在这样稳定,它们频繁地穿越内太阳系,有许多彗星与地球发生了撞击。
这些撞击被认为是地球获取水的重要途径之一,彗星带来的水冰在地球的引力作用下,逐渐融入地球,成为地球水的一部分。
小行星携带论则为地球水的起源提供了另一种可能。
C 型小行星成为了研究的重点,这类小行星富含水合矿物,它们的 D/H 比与地球海水接近。
在太阳系的早期,小行星带中的小行星运动频繁,一些小行星在引力的作用下,脱离了原来的轨道,向地球飞来。当这些富含水合矿物的小行星撞击地球时,巨大的撞击能量产生高温,使得水合矿物发生分解,释放出水分。
例如,在对一些来自小行星的陨石研究中发现,其中的水合矿物在高温下能够释放出大量的水,这为小行星携带水到地球提供了直接的证据。
自源说认为地球内部是一个巨大的 “水库存”,地球形成初期就存在原始水。
地幔过渡带的尖晶橄榄石晶格中储存着相当于海洋 3 倍的水量,这一发现为自源说提供了有力的证据。
尖晶橄榄石是地幔过渡带的主要矿物之一,它具有特殊的晶体结构,能够容纳水分子。科学家通过实验和理论计算发现,在高温高压的条件下,尖晶橄榄石可以将水分子捕获在晶格中。
在地球形成的早期,物质在引力的作用下聚集在一起,地幔中的尖晶橄榄石就可能捕获了大量的水分子,这些水分子随着地球的演化,一直保存在地幔过渡带中。
当板块运动、火山活动等地质过程发生时,地幔物质上升,尖晶橄榄石中的水分子被释放出来,通过火山喷发等形式进入地球的表面,逐渐形成了地球上的水。
在地球水起源的研究中,太阳风一直是一个被忽视的重要因素,它就像是一个隐藏在宇宙中的 “水工厂”,源源不断地为地球提供水资源。
太阳风是从太阳上层大气射出的超声速等离子体带电粒子流,其中绝大多数由带正电的氢离子构成。
当太阳风抵达地球时,会与地球磁场发生相互作用。地球磁场就像是一道坚固的盾牌,保护着地球免受太阳风的直接冲击,但同时也为太阳风携带的氢离子创造了与地球高层大气中的氧结合的机会。
在地球高层大气中,存在着大量的氧原子。
太阳风携带的氢离子在地球磁场的引导下,与这些氧原子发生光化学反应,最终生成水。这一过程看似简单,却蕴含着复杂的物理和化学机制。为了深入了解这一过程,科学家们在实验室中进行了模拟实验。
实验结果显示,在模拟星际尘埃表面的环境下,这种机制能够高效地合成水。更令人惊奇的是,通过实验合成的水的 D/H 比与地球海水轻同位素特征高度契合。这一发现表明,太阳风与地球磁场的协同作用,很可能是地球水的重要来源之一。
近期发表于《自然 - 天文》的研究进一步证实了这一观点。该研究通过对大量数据的分析和模型计算,指出太阳风贡献的水可能占地球总水量的 30%-50%。这一比例相当可观,说明太阳风在地球水起源中扮演着至关重要的角色。
想象一下,在数十亿年的时间里,太阳风持续不断地向地球输送氢离子,这些氢离子与地球高层大气中的氧结合,逐渐形成了地球上的水,这是一个多么神奇的过程。