眾所周知,地球表面存在著大量的液態(tài)水,以至于地球表面有大約70%的面積都被由液態(tài)水構(gòu)成的海洋覆蓋。相關(guān)研究表明,早在40多億年前,液態(tài)水就已經(jīng)在地球上出現(xiàn)了,那么,地球上的水是哪來(lái)的呢?用了40多億年,水變少了沒有呢?下面我們就來(lái)聊一下這個(gè)話題。 根據(jù)科學(xué)界的主流觀點(diǎn),太陽(yáng)系形成于一片巨大的原始星云,這被稱為“太陽(yáng)星云”,在大約46億年前,“太陽(yáng)星云”因?yàn)槟撤N外界的擾動(dòng)而發(fā)生了引力坍縮,在坍縮過(guò)程中,太陽(yáng)首先在星云的中心位置生成,殘余的物質(zhì)則一邊圍繞著太陽(yáng)運(yùn)行,一邊繼續(xù)碰撞與吸積,最終演化成了太陽(yáng)系中包括地球在內(nèi)的眾多天體。 從已知宇宙的元素豐度可以看到,構(gòu)成水的氫元素和氧元素都是宇宙中很常見的元素,而由于氧元素的化學(xué)性質(zhì)非?;顫?,它們很容易與氫元素發(fā)生反應(yīng)并生成水,因此我們不難推測(cè)出,在“太陽(yáng)星云”之中,本身就含有大量的水。 然而,“太陽(yáng)星云”中有大量的水,并不意味著地球在形成之初就一定可以擁有很多水。 對(duì)此,有一種觀點(diǎn)認(rèn)為,在太陽(yáng)形成之后,它釋放的能量會(huì)使其附近一定距離范圍內(nèi)的水都以水蒸氣的形式存在,同時(shí)驅(qū)動(dòng)著它們向外散逸,而地球的形成是一個(gè)從小到大的過(guò)程,只有在地球的質(zhì)量增大到一定程度的時(shí)候,其產(chǎn)生的引力才可以束縛住水蒸氣,所以在地球最終“成長(zhǎng)”到可以束縛水蒸氣之時(shí),它所在的區(qū)域已經(jīng)沒有剩下什么水了。 也就是說(shuō),在地球形成之初,其實(shí)是非常缺水的,另一方面來(lái)講,由于太陽(yáng)的熱輻射會(huì)隨著距離的增加而不斷減弱,當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí),水就會(huì)被凍結(jié)成固態(tài)的冰,變得很容易吸積,因此那些形成于距離太陽(yáng)更遠(yuǎn)的天體,通常都會(huì)含有大量的水。 所以該觀點(diǎn)推測(cè),地球上的水,應(yīng)該主要來(lái)自于那些形成太陽(yáng)系“外側(cè)”的小天體(如小行星、彗星),畢竟早期太陽(yáng)系可以說(shuō)是一片混亂,經(jīng)常會(huì)有小天體撞擊地球,特別是在大約38億至41億年前的“后期重轟炸期”,這樣的事件更是多得難以計(jì)數(shù)。 不過(guò)也有觀點(diǎn)認(rèn)為,原始的地球就已經(jīng)有很多水了,其理由是,在太陽(yáng)系形成之初,水會(huì)以“結(jié)晶水”的形式存在于多種礦物之中,而在地球的形成過(guò)程中,這種富含水的礦物是可以被大量吸積的。 隨著原始地球的“個(gè)頭”不斷變大,大量的碰撞所產(chǎn)生的熱量也在持續(xù)累積,其溫度也越來(lái)越高,當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí),這些礦物中的水就會(huì)被釋放出來(lái),并因?yàn)楦邷囟运魵獾男问酱嬖?,而在這個(gè)時(shí)候,原始地球的質(zhì)量已經(jīng)足夠大,其產(chǎn)生的引力已經(jīng)可以將這些水蒸氣牢牢的束縛在地球的上空。 在地球最終形成之后,其運(yùn)行軌道上絕大部分物質(zhì)都被“清空”,沒有了頻繁的碰撞,地球就開始持續(xù)降溫,當(dāng)溫度降低到一定程度的時(shí)候,那些水蒸氣就大量地凝結(jié)成液態(tài)水,進(jìn)而降落到地球表面。 近些年來(lái),隨著相關(guān)研究的深入,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這兩種觀點(diǎn)都有各自的證據(jù)支撐,所以科學(xué)界普遍認(rèn)為,地球上的水應(yīng)該是內(nèi)源和外源共同作用的結(jié)果,不過(guò)就目前的情況來(lái)看,科學(xué)家并不確定到底是來(lái)自哪種渠道的水更多。 那么,地球上的水用了40多億年,變少了沒有呢?我們接著看。 正如前文所言,即使是水蒸氣也會(huì)被地球的引力牢牢地束縛住。之所以會(huì)這樣,其實(shí)是因?yàn)樗肿拥姆肿恿枯^大,但問(wèn)題是,水分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不是想象中那樣穩(wěn)定,只需一定的能量輸入,就可以使其分解為氫和氧,由于地球的引力不足以束縛住氫,因此一旦出現(xiàn)這樣的情況,氫就有可能從大氣層頂逃逸,進(jìn)而使地球上的水變少。 實(shí)際上,在地球自然界中就存在著可以將水分解的機(jī)制,比如說(shuō)太陽(yáng)的短波輻射(主要是紫外線)就有一定的概率直接將水“光解”氫氣和氧氣,除此之外,當(dāng)?shù)厍蛏系暮Kㄟ^(guò)巖石圈的縫隙滲入到地下深處時(shí),有可能會(huì)與高溫巖漿以及其中的結(jié)晶基巖發(fā)生一系列的反應(yīng),其凈效應(yīng)就是將水分解成氫氣和氧氣。 所以一個(gè)合理的推測(cè)就是,經(jīng)過(guò)了40多億年的漫長(zhǎng)時(shí)間之后,地球的水應(yīng)該是會(huì)變少的。實(shí)際情況也確實(shí)是如此,因?yàn)樵谶^(guò)去的日子中,科學(xué)家已經(jīng)通過(guò)地質(zhì)記錄、化學(xué)同位素變化、大氣逃逸現(xiàn)象模擬和古氣候模型等多方面研究估算出,現(xiàn)代地球的海洋體積相比40多億年前縮小了26%左右。 幸運(yùn)的是,現(xiàn)代地球的大氣有21%都是氧氣,而在富氧的環(huán)境中,即使是水被分解,其產(chǎn)生的氫氣也很容易重新被氧化并生成水,因此與 在此基礎(chǔ)上,再加上地球在圍繞太陽(yáng)運(yùn)行的過(guò)程中,也會(huì)時(shí)不時(shí)地從宇宙空間中捕獲到一些水或者含氫的物質(zhì),所以從整體上來(lái)看,現(xiàn)代地球上的水可以做到動(dòng)態(tài)的“收支平衡”,至少在未來(lái)的10億年里,地球上的水都不會(huì)明顯地減少,因此我們不必對(duì)此感到擔(dān)心。 |
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