地球上的水来自哪里？

地球上的水来自哪里？

作者：Neel V. Patel

翻译：Star

审校：Nothing 如果地球上没有水，就不会有生命，宇宙将会处于潮湿孤寂的莫因中（译者注，莫因是文化的基本单位，通过非遗传的方式，特别是模仿而得到传递。莫因目前比较公认的定义是“一个想法，行为或风格从一个人到另一个人的传播过程。”）。但究竟水是如何在我们这个星球上出现的一直是一个谜。地球并不是刚形成就被一层层海洋包裹着。地球上的水本身肯定有一个起源，但是科学家在这个问题上尚未完全达成一致。

亚利桑那州立大学的研究人员在《地球物理研究杂志：行星》（Journal of Geophysical Research: Planets）杂志上的一篇新论文中提出，地球上的水是小行星上的物质在太阳形成后散落的剩余气体的辅助下形成的。

这并不是人们第一次提出地球上的水来自于外太空。从历史上看，最简单的解释是地球上所有的水都来自小行星，这些小行星影响着具有46亿年历史的地球的早期演化。为什么呢？因为地球上的水具有与小行星中发现的水相同的化学特征 – 特别是氘（重氢同位素）与正常氢的比率。以前的实验表明，尽管几十亿年前小行星撞击地球产生了大量的热和能量，但是水还是在这颗尚未完全形成的星球上保留了下来。

但是，这些理论还远远不足以解释我们对水的起源的其他一些盲点。在地球海洋中发现的氢元素和地球其他部分的氢元素不一定相同——例如，来自地球核心部分的样本拥有极少量的氘，而且氢元素不同同位素之间的比例和海洋并不相同，这似乎表明地核部分的氢元素并非来自小行星的撞击。

亚利桑那州立大学的研究员Steven Desch，作为这个研究的共同作者，说道：“虽然许多模型都认为地核中可能存在氢元素，但是还没有人考虑这会如何影响地幔中氢的同位素 [氘与氢]的比例。地球上的氢元素肯定具有其他来源，这些来源中的氘 - 氢比例比小行星要低。而唯一可能的其他来源就是太阳的星云气体。”

由于近年来的研究已经可以解释行星的胚胎体是如何与太阳星云气体共存的（这些星云气体曾经被认为在行星开始形成之前就会很快消失），这样的共存使得星云气体中的氢元素更容易留在行星的内部。鉴于这种可能性，该研究小组开始更认真对待地球上的氢元素可能来源于星云气体的这一想法。

最终，研究人员利用他们新开发的框架获得了地球最有可能的水起源历史：数十亿年前，拥有大量水的小行星开始相互融合，而太阳此时仍保留着太阳星云。这些融合的小行星创造了行星胚胎，然后经过不断的碰撞和合并，撞击的能量非常大,以至于可以形成行星胚胎外层的岩浆层。

与此同时，包含氢元素和其他惰性气体元素的太阳星云气体开始与行星表面的岩浆相互作用，逐渐形成行星的大气层。来自太阳星云的氢元素会溶解到行星岩浆层的铁中。一种称为同位素分馏的化学过程甚至会进一步将正常的氢拉向胚胎核心，而较重（和更稀有）的氘会留在地幔中。由带有水分的小行星组成的小胚胎体挤满了正在形成的地球，然后最终太阳系中出现了现在充满水的地球。

总而言之，上面地球水的起源历史证实地球上大部分水确实是来自小行星的，但它也证明了地球上约0.1％至0.2％的海洋是由来自太阳星云气体的氢元素形成的。

此外，研究人员还使用该模型预测到了地球上现有的氢元素可以制造出填满8个现有海洋的水：这些氢元素有八分之一存在于地表（也即现有的海洋），其中四分之一氢元素存在于地幔中，剩下的氢元素存在于地核部分。

最后，以上这些发现最大的不足就是它们都是根据模型预测出来的。还没有真正可行的方法证明这一切已经发生了。

尽管如此，科学家们还是可以利用其它事件来检测这个新理论的一些可行性。我们不知道在早期地球胚胎那种深度和压力下的同位素分馏是什么样的，但该研究团队计划进行实验来更详尽的描述这一过程，这样一来，该模型就可以更好反映实际发生的事情。该团队还希望收集和分析更多具有极低氘氢比的地幔样品，以期给理论提供更多的数据支持。

除了地球外，新理论的影响与其他行星的可居住性有关。 “即使是远离富含水的小行星源的行星上也可能含有水，” Desch说。 “也许没有地球那么多，但是它们还是可能具有一层相当于地球海洋0.1到0.2倍的氢元素”，这个预测适用于金星和许多其他的系外行星。 “经过验证，这个模型还允许快速增长的行星上具有水”，这是一个令人兴奋的预测，因为这表明可居住行星形成的速度可能比我们想象的更快。 “这在很大程度上改变了我们对行星的理解。”

亚利桑那州图森市的行星科学研究所的研究员David P. O'Brien，他并没有参与这项研究，但是他认为这个新模型对于结合几种不同的水起源机制很有意义。 “过去大多数模型都是孤立地研究这些不同的起源机制，来展示它们如何能够单独解释地球上所有水是如何形成的，”他说。 “这项新研究将它们结合在了一起，并表明它们可能都发挥了一定的作用......而且最终的结果与地球上测得的氘氢值和稀有气体丰度一致。”虽然这个新模型并未完全颠覆我们之前关于地球上水的起源的相关结论，但是O'Brien发现这个模型还是很好的说明了地球上水起源过程的复杂性和多面性。

至少，这篇新论文提醒人们，太空中有一堆岩石可能蕴藏着珍贵的水资源，而且有朝一日我们也许会去开采这些水，虽然是小规模的开采。

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