彗星还是火山？科学家正在改变地球水源的看法
Shutterstock
地球作为蓝色星球已有 38 亿年的历史。古老的沉积岩沉积物和冷却成枕头状的熔岩提供了无可辩驳的证据，证明液态水在地球表面存在了很长时间至少这么久。但考虑到银河系中有多少贫瘠的岩石，地球上丰富的海洋提出了一个问题：这些水是从哪里来的。
地球科学家仍在争论两种相互竞争的理论。一种理论认为，地球上的水可能是从与地球相撞的小行星和彗星中获取的。但最近的研究加强了另一种理论的论据，即水一直存在于地幔岩石中，并通过火山逐渐释放到地表。弄清哪种机制更重要，不仅可以让我们更好地了解地球的历史，还可以帮助我们寻找其他可以维持生命的行星。
1974年，科学家发现地球地幔含有比你想象的更多的贵金属，如铂。这些元素是天然地被铁吸引因此它们中的绝大多数在地球早期历史时期就被吸入了地球的铁核。
这导致对这个想法地球动荡的婴儿期刚过不久，小行星就撞击地球，带来了一层额外的物质。这层“后期增厚层”可能不仅包括贵金属，还包括碳和水等“挥发性”物质，这些物质已知存在一种叫做碳质球粒陨石的小行星。
但最近的研究让这种水被捕获的理论看起来不太可能。2017 年 1 月，一项研究表明地幔中的钌（一种亲铁金属）的原子特征与外太阳系常见小行星中的不同。这表明后期增厚层来自内太阳系，那里挥发性物质很少见——因此这些小行星不是地球上水的主要来源。
这进一步证明了其他研究认为在晚增厚层形成之前地球上就存在丰富的水。例如，各种证据最古老的陆地矿物（锆石）是由岩浆源与液态水相互作用结晶而成的。这些矿物的年龄在 41 亿至 43 亿年之间，但最后的晚薄层最普遍的想法大约在 39 亿年前形成。
地球上的水不够重，不可能来自彗星。 Shutterstock
更重要的是，小行星携带水并不意味着它能够成功地将这些物质运送到地球。事实上，科学家现在相信地球可能在早期剧烈的小行星撞击中失去了质量而不是增加了质量，这一过程被称为碰撞或撞击侵蚀。这仍然是一个未经证实的理论，但最近的研究加拿大萨德伯里陨石坑的研究表明，撞击使大部分挥发性金属铅蒸发。这意味着水等挥发性物质也会在撞击中流失到太空中。
最后的线索地球上的海洋可能很早就形成了，这是因为地球上的氯比你想象的要多。地球上早期的液态水的存在会给氯提供溶解物，从而有助于防止它流失到太空中。最后，与行星科学家不同，地球化学家长期以来一直认为地球的海洋不是来自被捕获的冰彗星，因为它们含有不同数量的“重”氢。
从内部排气
所有这些证据表明，地球表面的水或“液态水圈”实际上是通过行星内部的脱气而积累起来的。水以羟基（一个氢原子和一个氧原子）的形式储存在地幔中，被困在矿物中例如尖晶石。
当地幔岩石融化时，水会溶解到岩浆中。随着岩浆上升到地表并冷却，压力降低，晶体形成，水被释放出来并通过火山以蒸汽的形式排放。通过这种机制，来自深处的水可以脱气到地表。
开创性的实验工作研究表明，地下 150 至 200 公里深处的矿物可能含有水——但最近，实验、建模和地震数据这表明在地表以下 400 公里至 660 公里深处也可能存在水。最近的数据研究地下深处钻石晶体形成方式的科学家的研究表明，水可能储存在更深处。来自实际深层地幔矿物的新证据无疑使地球表面水来自深处的想法更加可能。
但重要的是要明白，水也可以循环回地幔。这意味着海洋中的水和地幔中储存的水之间存在平衡。我们只能推测在这些深处可能还有多少水被锁住了。
我们知道什么近四十亿年来，海平面相对于大陆的平均水平一直保持相对稳定。这表明，水不断从地幔涌出并被地幔吸收的循环极大地帮助了地球上生命的延续。
