地球的水從何而來?

▲地球上的巨量水,是被什麼東西送上地球的?Adobe Stock
第220期
青蓮

相傳聖人曾說,地球上的海水是佛的眼淚。化學家檢測人類眼淚和海水,發現二者的成份竟然完全相同。海洋覆蓋了地球70%的表面,那麼這些水是從哪裡來的呢?

地球含有巨量水

地球素有「七分水、三分地」之說,陸地面積約1.495億平方公里,占地球總面積的29.2%,海洋面積約3.61億平方公里,占地球總面積的70.8%。然而,地球上海洋平均深度3,795公尺,海水容積13.7億立方公里(重量137億億噸),海水占全球水量的97%。

如此巨量的海水,是地球誕生之初就有,還是地球在其46億年漫長的過程逐年累月積聚下來,或是宇宙天體外部行星帶來的?為什麼它會和人類的眼淚成分相同?

科學家的研究

當行星形成時,原始太陽星雲中的水和其他元素以及分子就會聚集起來。如果說地球形成於星子的碰撞,在這個過程中,地球和它的岩石就會被加熱到極高溫度,再加上距離年輕高溫的太陽較近,那些星雲帶來的原始水就會不斷蒸發。這也表明,如今地球上的巨量水,一定是被什麼東西送上地球的。

一直以來,科學家們都懷疑,地球上大部分的水來自帶冰的彗星。但先前測量彗星和海王星外天體所得數值,卻與地球海洋水的相似程度不高,因此,這個假說並不成立。科學家又推測,地球上的水可能主要來自小行星,因為地球上曾發現過45億年前含有液態水的隕石,以及多種不含氘的有機化合物,這兩點均支持上述觀點。

科學家們通過對碳質球粒隕石的化驗發現,這些隕石不僅含水,而且它們的礦物化學成分與地球岩石以及與跟地球同時期形成的小行星的樣品一致。

也就是說,太陽系形成之初的原始物種本身就含有水分,地球可能在形成的早期就累積了大量可以保留的水。一項對鋯石的研究也顯示,液態水早在地球形成後不久,距今44億年前便已經存在。

鋯石,是一種微小古代礦物顆粒,其中一些可以追溯到43.8億年前。鋯石中含有同位素氧-18和氧-16。當有沉積礦物在液態水中形成時,它們更傾向於在晶格中混入氧-18而不是氧-16。這意味著相對於海水或者是普通地殼,它們極其富含氧-18。最古老的鋯石顯示,形成它們的母岩漿被具有這一特性的沉積物汙染了。

第一個進行古代鋯石測量的美國科羅拉多大學的Stephen Mojzsis說:「鋯石的化學特性以及礦物雜質顯示形成古老鋯石的岩漿被沉積物汙染了,這些沉積物並非形成於蒸汽或者是冰中而是在液態水裡。綜合起來,這些現象指出44億年前地球上就已經出現了海洋,這也意味著水是在很早很早以前來到地球上。」

另外,木星和土星的遷移可能會散射形成於外小行星帶中雪線之外、富含碳和水的小行星。它們當中的一些會和地球相撞,把水帶到地球。

 

從小行星帶中的水、古柏帶彗星中的水到構成地球的塵埃顆粒本身所攜帶的水來看,海洋可能有著多種源頭。Adobe Stock

▲從小行星帶中的水、古柏帶彗星中的水到構成地球的塵埃顆粒本身所攜帶的水來看,海洋可能有著多種源頭。Adobe Stock

 

海洋來源至今無解

直到今天,科學家們尚無法了解地球上的海洋是何時出現的,也不知道地球上究竟有多少水。地質學家對於地幔中的水含量僅有大概的估值。有人說是10個海洋質量,也有人說僅比1個海洋質量多一點。

而確切的數字會讓科學家對地球上水的來源問題有更廣泛的認證依據。雖然地球上水的起源仍然未解,但可以確定的是,無論有多少水被帶到地球上,在小行星帶中發現冰,至少部分地增強了水是由小行星帶到地球上的可能性。主帶彗星以及司理星和原神星上冰的發現,暗示太陽系中也許有著遠遠多於當初想像的水源且有著多樣化的源頭。

有科學家表示,從小行星帶中的水、古柏帶(Kuiper belt,是短周期彗星,如哈雷彗星的來源地)彗星中的水到構成地球的塵埃顆粒本身所攜帶的水,海洋可能有著多種源頭。

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