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地球上的水到底是哪来的?

话说在宇宙中,99%以上的元素都是氢和氦,剩余的元素不到1%。大部分的天体都是气体组成的,像地球这样的岩石行星少之又少。地球可以说是出道就打败了99%以上的玩家。而在八大行星里,像地球这样,71%的表面覆盖了水,只有地球一个。那么问题来了,地球上的水到底是从哪里来呢?

关于这个问题,其实学术圈吵成了一锅粥,比较主流的有两大门派:自源说外源说。说白了,就是地球本来就有水以及地球本来没有水,水是从外太空来的。但是在科学圈混,说话讲究的是证据,那这两派都有哪些证据呢?

今天,我们就来聊一聊这个话题。

自源说

在自源说之前,我们得像科普一下水的简单知识,我们都知道水的分子式是H₂O ,它是两个氢原子和一个氧原子构成的。我们都知道氢原子是指质子数为1的原子,氢原子家族有很多兄弟,中子数是0的就是我们常说的氢原子(符号用H表示),中子数为1的叫做氘(符号用D表示),中子数为2的叫做氚(符号用T表示)。所以水的分子式也可能是D₂O或者T₂O。

知道了这些,我们再来看看自源说的理论是咋回事,他们认为地球上的水来自于地球自身。地球起源时,形成地球的物质里面就应该含有水分子,或者包含组成水的元素:氢元素和氧元素。然后在合适的条件下生成了水。

不过,这个观点一亮出来,就遭到了挑战。反驳的人是这么说的:

地球一起开始是一个火球,也没有大气,太阳一辐射,生成的水就会被蒸发掉。

这时候,自源说的科学家拿出了自己的证据:尖晶橄榄石,也被叫做林伍德石

它被认为是构成地球深部过渡带的主要造岩矿物。

林伍德石晶体结构示意图:灰色大球为氧原子,白色小球为镁原子,灰色小球为硅原子,红色小球为氢原子。

科学家经过测量发现,通常在地下200km处,林伍德石含有水分子的浓度就相当可观。大概100万个晶体分子中就含有2000个水分子。

在410~660km的深度时,水分子在林伍德石里的含量就达到了100个晶体分子中就有1.5个水分子。

科学家认为,地幔上下层的过度带存在着巨量的林伍德石。

如果平均含量水按1%来算,那仅仅林伍德石的含水总量就得有4.485*10^10亿吨,是目前地球表面的水总量的3倍还要多。

可问题来来,那些水分子到底是啥时候进入到林伍德石里的呢?是一开始就有呢?还是后来才进去的呢?这没人知道。

不过,后来科学家在澳大利亚发现了44亿年前的锆石碎片。这是人类在地壳里发现的最古老的物质,通过分析,这块石头并不是来自于地幔,而是地表的石头和水接触后形成的。

要知道地球是46亿年前左右形成的,也就是说地球形成没有多久,地表就有水了。所以,科学家推断,水其实在太阳系形成之初就存在于星云之中,后来一部分进入了锆石和林伍德石等矿石,一部分发生冷凝。地球冷却下来后之后,地表上就有水了。

外源说

我们再来看看另外一派的观点:外源说。这个说法的主要根据来自于太阳系内的水资源还算是比较丰富的。尤其很多行星中的卫星恨不得整个球都是水做的。

所以,科学家是怀疑,是不是有可能早期有一些彗星和陨石来给地球送水?

但口说无凭,想要别人认可,还是要拿出证据来,于是科学家对各种不同的天体做了深入研究。主要研究的是D/H的比例。啥意思呢?一般来说,水并不完全都是H₂O,也会含有一些D₂O,所以只要比较原子核内含有一个中子的氘和没有中子的氢原子的比例就可以,而且这个比例是伴终生了,永远不会发生改变。也就是说,可以通过这个办法知道地球上的水和天体上的水是不是同一起源。

地球水的D/H比例大概是1.558*10^-4,就是说100万个氢原子里有156个氘原子。通过对各种天体和早期的太阳系星云进行对比。科学家发现,有一种碳质球粒陨石上水分的D/H比例是和地球一样的,而这类陨石大概占到太阳系总陨石数的86%,还富含水分。

其他的一些彗星和卫星也有和地球水D/H比例一样的,也有差多很多很多的。

所以,外源说这一派内部有两种观点:

1.外来的水一定要和地球水D/H是一样的,所以送水工只能是碳质球粒陨石和一些行星和彗星。

2.大家都可以来送水,地球的D/H是被一堆送水工调节成现在这样的。

哪个是主流的假说?

除了自源说和外源说,还有科学家认为是太阳风送来的大量氢核和氧核,在地球大气层俘获了电子,以雨和雪的形式落到地球上。但是经过仔细的估算,这样提供的水量也不过67.5亿吨,和地表水的总量1.386*10^10亿吨相对,相差太多太多。

所以,科学界主要主流主要是支持自源说,但是最近大家越来越倾向于自源说和外源说都有。也就是说,地球的水既有自带的,也有送水工给送的。

关于水的起源,我们就说到这里,看完文章你觉得,地球上的水应该是咋来的呢?

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