地球上的水从哪里来？

地球上的水是彗星小行星“撞”出来的?
所谓“外源说”,顾名思义,认为地球上的水来自地球外部。而外来水源的候选者之一便是彗星和富含水的小行星。
郑永春介绍,被誉为“脏雪球”的彗星,其成分是水和星际尘埃,彗星撞击地球会带来大量的水。而有些富含水的小行星降落到地球上成为陨石,也含有一定量的水,一般为0.5%—5%,有的可达10%以上,其中碳质球粒陨石含水更多。球粒陨石是太阳系中最常见的一种陨石,大约占所有陨石总数的86%。正因如此,一些科学家认为,正是彗星和小行星等地外天体撞击地球时,将其中冰封的水资源带入地球环境中。
然而,科学家研究发现,大多数慧星水的化学成分与地球水并不匹配。此外,上述德国明斯特大学科学家认为,既然陨石是在地球形成阶段就已经降落到地球的,那么应该在地球的地幔中留下相应的化学痕迹。如果水确实是在这一阶段由陨石带到地球上的,那么地幔中的同位素水平和陨石中的同位素水平应该相同,而当他们将不列颠哥伦比亚塔吉胥湖的陨石中钌同位素及地球地幔中钌同位素进行对比分析后却发现,两者的同位素水平并没有任何相似之处。
据此,德国明斯特大学科学家表示,这证明,如果水确实是由彗星或小行星带到地球上的,则其来到地球上的时间并不是地球的形成期,而是地球演化到形成地壳和地幔之后的时期。但并不排除另一种情况,即水最开始其实是星际尘埃的组成部分,而地球则正是由星际尘埃所组成的。
此外,郑永春表示,且不论这个撞击的时间节点,单说地球表面要想形成现今的水储量得需要多少陨石?如果光有陨石而缺乏把其中的水释放出来的地球物理化学作用,陨石中的水又怎样变成液态水?这些问题还有待进一步发掘。

地球上的水是太阳风“吹”出来的?
外来水源的另一个候选者是太阳风。太阳风是指从太阳日冕向行星际空间辐射的连续的等离子体粒子流,是典型的电离原子,由大约90%的质子(氢核)、7%的α粒子(氦核)和极少量其他元素的原子核组成。有科学家认为,地球上的水是太阳风的杰作。首先提出这一观点的科学家是托维利,他认为,太阳风到达地球大气圈上层,带来大量的氢核、碳核、氧核等原子核,这些原子核与地球大气圈中的电子结合成氢原子、碳原子、氧原子等。再通过不同的化学反应变成水分子,据估计,在地球大气的高层,每年几乎产生1.5吨这种“宇宙水”。然后,这种水以雨、雪的形式降落到地球上。
更重要的是,地球水中的氢与氚含量之比为6700:1,这与太阳表面的氢氚比也是十分接近的。因此托维利认为,这可以充分说明地球水来自太阳风。但太阳风形成的水是如此之少,在地球45亿年生命史中,也不过形成了67.5亿吨水,与现今地球表面的水贮量(包括液态水、固态冰雪和气态水汽)1.3860×1010亿吨相比,不过九牛一毛。

地球上的水是“娘胎”里带的?
与外源说相对的是自源说,自源说认为地球上的水来自于地球本身。郑永春说,地球是由原始的太阳星云气体和尘埃经过分馏、坍缩、凝聚而形成的。凝聚后的这些星子继续聚集形成行星的胚胎,然后进一步增大生长而形成原始地球。
地球起源时,形成地球的物质里面就含有水。在地球形成时温度很高,水或在高压下存在于地壳、地幔中,或以气态存在于地球大气中。后来随着温度的降低,地球大气中的水冷凝落到了地面。岩浆中的水也随着火山爆发和地质活动不断释放到大气、降落到地表。汇集到地表低洼处的水就形成了河流、湖泊、海洋。
地球内部蕴含的水量是巨大的。地下深处的岩浆中含有丰富的水。有人根据地球深处岩浆的数量推测,在地球存在的45亿年内,深部岩浆释放的水量可达现代全球大洋水的一半。
还有一种说法认为在地球开始形成的最初阶段,其内部曾包含有非常丰富的氢元素,它们后来与地幔中的氧发生了反应并最终形成了水。

为何只有地球上有液态水?
地球科学家倾向于认为,地球上的水来源于地球自身演化过程中的岩浆水等,天文学家更倾向于是彗星等撞击地球带来的水。目前两种观点谁都没有说服谁。郑永春表示:“可能两方面的来源都有,目前的主要问题在于谁是主要来源,还很难下结论,需要更多的证据。”
“很多人似乎觉得太空中的水很稀少,实际上水在太阳系中非常丰富。”郑永春说,例如我们的临近行星——火星,已经在其表面发现了很多干涸的河床、湖泊、三角洲、冲积扇等,这说明火星表面曾经有大量的水。现在科学家也相信,火星地下和两极可能藏有很多水。此外,一些小行星、海王星轨道之外的柯伊伯带的天体上也有大量的水存在。而在柯伊伯带以外的奥尔特云更是分布着大量的彗星,这些彗星大部分就由水组成。
既然太阳系中并不缺水,为何只有地球有液态水?郑永春表示,液态水能否存在的关键在于星球表面的温度。在地球上,由于温度通常在0到100摄氏度之间,因此水才可能以液态形式存在。有的星球如金星表面温度达到400多摄氏度,远远超过了水的沸点,所以没有液态水；有的星球如火星,表面温度达到了零下四五十摄氏度,低于水的冰点,即使有水也都冰冻了,所以也不会有很多液态水。所以水出现在地球上并非偶然,而是必然现象。
2017-2-10
人民网