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地球上水的来源

地球表面有71%是水[1]

地球上水的来源,或者说地球上的液态明显比太阳系其他类地行星多的原因,目前尚不清楚。过去45亿年来,水如何在地球表面不断积累并形成大洋,存在着许多假设。

可能起源编辑

鋯石的一项研究发现,液态水早在地球形成后不久,距今44.04±0.08亿年前便已经存在[2][3][4][5]

微行星足够大时会由于铝-26的衰变而升温,进而可能导致水上升至其表面[6]。最近研究显示,灶神星鈣長輝長無粒隕石证明,地球早在形成之初,就已有类似现在比的水[7]岩石中的水合礦物不断脱水,可能是地球上部分水的来源之一[8][9][10]

彗星海王星外天體主小行星帶外的富水流星体原行星)与地球相撞时可能带来水。有研究表明,地球海洋水中氫的同位素的比与富碳球粒隕石杂质中二者的比例类似,而先前测量彗星和海王星外天體所得数值与地球海洋水的相似程度并不高,因此地球上的水主要来自小行星[11][12]。此外,地球上曾发现过45亿年前含有液态水的陨石,以及多种不含氘的有机化合物,这两点均支持上述观点[13]

此外,地球上的水不可能只来源于彗星,因为测量表明哈雷彗星百武二號彗星海爾-博普彗星丘留莫夫-格拉西缅科彗星的氘氕比约为地球海洋水的两倍。但目前尚不清楚柯伊伯带其它彗星的比值是否与此相同。据天文學家亞歷山德羅·莫比德利義大利語Alessandro Morbidelli所说,富碳球粒陨石中的水与地球海洋水具有相似的氘氕比,因此地球上的水主要由主小行星帶外部形成的原行星撞击地球带来。然而,也有研究者认为,地球形成至今,海洋水的氘氕比可能已有显著增加,与地球早期演化过程中可能即已存在大量水的观点一致[14]

阿波罗15号17号带回地球的月球样品中的氘氢比与碳质球粒陨石的比值一致,也与地球水的比值近似。这些发现表明地球和月球水的来源相同,有如下假说:木星迁移到太阳系内,进而扰乱了富水碳质球粒陨石的原有轨道,因此,有些天体可能向内迁移,成为形成地球及其临近星体的部分原材料[15]

地球演化过程中的水编辑

形成地球的物质中可能曾存在大量水[16][17]。地球质量较小时,水分子容易克服地球的重力,可能不断从大气中逸出,于是如今,地球大气中缺乏稀有气体

据推测,早期地球有些部分被形成月球的大碰撞破坏,可能导致了大范围的物质熔化。现今物质成分表明熔化并不完全,要熔化巨大的岩体并不简单[18]。然而,还是有相当一部分物质被蒸发,在早期地球周围形成了一种“岩石蒸汽”大气层。经过两千年后,岩石蒸气凝结,但热的挥发物仍保持气态,很可能导致大气中含有大量二氧化碳,混有氢气水蒸气。尽管地表温度高达230 °C(446 °F),但地球上仍然存在着液态的大洋,这是因为大气中的二氧化碳浓度很高。随着地球不断冷却,海水溶解了大气中大部分的二氧化碳,但由于新的地表和地幔循环的出现,二氧化碳水平剧烈震荡[19]

参考资料编辑

  1. ^ The World Factbook. www.cia.gov. [2016-03-17]. (原始内容存档于2010-02-01). 
  2. ^ Wilde S.A., Valley J.W., Peck W.H. and Graham C.M. Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago (PDF). Nature. 2001, 409 (6817): 175–8 [2019-04-26]. PMID 11196637. doi:10.1038/35051550. (原始内容存档 (PDF)于2018-07-29). 
  3. ^ ANU - Research School of Earth Sciences - ANU College of Science - Harrison. Ses.anu.edu.au. [2009-08-20]. (原始内容存档于2006-06-21). 
  4. ^ ANU - OVC - MEDIA - MEDIA RELEASES - 2005 - NOVEMBER - 181105HARRISONCONTINENTS. Info.anu.edu.au. [2009-08-20]. (原始内容存档于2008-08-20). 
  5. ^ A Cool Early Earth. Geology.wisc.edu. [2009-08-20]. (原始内容存档于2009-05-13). 
  6. ^ How Earth was watered. [2016-08-19]. (原始内容存档于2016-08-19). 
  7. ^ Sarafian, Adam R.; Nielsen, Sune G.; Marschall, Horst R.; McCubbin, Francis M.; Monteleone, Brian D. Early accretion of water in the inner solar system from a carbonaceous chondrite–like source. Science. 2014-10-31, 346 (6209): 623–626. Bibcode:2014Sci...346..623S. ISSN 0036-8075. PMID 25359971. doi:10.1126/science.1256717 (英语). 
  8. ^ Brandon Schmandt, Steven D. Jacobsen, Thorsten W. Becker, Zhenxian Liu, Kenneth G. Dueker. Dehydration melting at the top of the lower mantle. Science. 2014-06-13, 344 (6189): 1265–1268. Bibcode:2014Sci...344.1265S. PMID 24926016. doi:10.1126/science.1253358. 
  9. ^ Could an 'Ocean' of Water Be Trapped Within the Earth?. Science Friday. [2019-04-26]. (原始内容存档于2019-04-26) (美国英语). 
  10. ^ Earth's Rocks Contain a Hidden Ocean's Worth of Water. NBC News. [2019-04-26]. (原始内容存档于2018-11-09) (英语). 
  11. ^ Daly, R. Terik; Schultz, Peter H. The delivery of water by impacts from planetary accretion to present. Science Advances. 2018-04-25, 4 (4): eaar2632. PMC 5916508. PMID 29707636. doi:10.1126/sciadv.aar2632. 
  12. ^ Gorman, James. How Asteroids May Have Brought Water to Earth. The New York Times. 2018-05-15 [2018-05-16]. (原始内容存档于2018-05-15). 
  13. ^ Chan, Queenie H. S. 等. Organic matter in extraterrestrial water-bearing salt crystals. Science Advances. 2018-01-10, 4 (1, eaao3521): eaao3521. Bibcode:2018SciA....4O3521C. PMC 5770164. PMID 29349297. doi:10.1126/sciadv.aao3521. 
  14. ^ Ikoma, Masahiro; Genda, Hidenori. Origin of the Ocean on the Earth: Early Evolution of Water D/H in a Hydrogen-rich Atmosphere. 2007-09-13 [2019-04-26]. doi:10.1016/j.icarus.2007.09.007. (原始内容存档于2019-04-26) (英语). 
  15. ^ Cowen, Ron. Common source for Earth and Moon water. Nature. 2013-05-09 [2019-04-26]. doi:10.1038/nature.2013.12963. (原始内容存档于2017-10-05). 
  16. ^ Drake, M. J. The Leonard Medal Address: Origin of water in the terrestrial planets. Meteoritics and Planetary Science. 2005-04-01, 40: 519 [2019-04-26]. ISSN 1086-9379. doi:10.1111/j.1945-5100.2005.tb00960.x. (原始内容存档于2019-04-26). 
  17. ^ Campins, Humberto; Drake, Michael J. Origin of water on the terrestial planets. Proceedings of the International Astronomical Union. 2005/08, 1 (S229): 381–394 [2019-04-26]. ISSN 1743-9221. doi:10.1017/S1743921305006861. (原始内容存档于2018-09-29) (英语). 
  18. ^ Solar System Exploration: Science & Technology: Science Features: View Feature. Solarsystem.nasa.gov. 2004-04-26 [2009-08-20]. (原始内容存档于2012-08-08). 
  19. ^ N. H. Sleep; K. Zahnle & P. S. Neuhoff. Inaugural Article: Initiation of clement surface conditions on the earliest Earth - Sleep et al. 98 (7): 3666 - Proceedings of the National Academy of Sciences. Pnas.org. [2009-08-20]. (原始内容存档于2015-05-03).