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水是怎么來的?科學家證實:水先于地球出現(xiàn),甚至比太陽系還要早
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2023.04.19 黑龍江

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我們都知道地球的水是生命形成的根本,在此前的研究中學界普遍認為是先有了地球才有了水,進而誕生生命。

然而在2018年的發(fā)表于《科學》雜志上的一篇報道,卻提出了地球上的水先于地球出現(xiàn),甚至其出現(xiàn)的時間比太陽系誕生還要早。這究竟是怎么回事呢?

地球上的水

地球表面超過70%都被水所覆蓋,水對于地球來說并不是稀罕物,但是對于地球上的水究竟從何而來,實際上學術并沒有統(tǒng)一的說法。

目前所主流幾大觀點和學說,盡管看似很有道理,但是實際上都缺乏相應的客觀證據(jù),以說明這一點。對于這個未解之謎,近年來又有了新的證據(jù)和說法。

《自然》雜志在2017年刊登一篇文章,來自德國明斯特大學的科研人員對加拿大的塔吉胥湖中的隕石進行研究時發(fā)現(xiàn),通過對比地幔巖石的同位素發(fā)現(xiàn),水在地球上出現(xiàn)的時間可能比我們預期晚得多。

這一證據(jù)極大的駁斥了此前很多科學家所宣稱的,地球上的水是由地球在形成過程中,隕石中的冰層稀出的水所演變而成的。

當然這些證據(jù)仍然屬于側面數(shù)據(jù),并不能直接說明地球上的水究竟源于何處。中國行星研究學者鄭永春博士在對地球上的水起源于何處這個問題進行說明時候表示,這確實是學界非常重要的問題。

在地球幾十億年的演變過程之中,水在其中所起到的化學反應至關重要,其關系著地球上的生命的誕生,以及演變進化的過程。因此,探究地球上的水什么時候出現(xiàn)的,對于解決地球這一行星的特殊性和解碼生命起源的奧秘有著非常重要的作用。

當前主流的幾種地球水誕生的學說

究竟地球上的水從何而來,學術界有兩大主流學說,分為是“外源說”和“內(nèi)源說”。但是,這兩種的說法目前都沒有充足的證據(jù)說明。

外源說

外源說是很多科學家所持有的觀點,這一觀點基于推理是,地球誕生之初,極為惡劣的環(huán)境是不可能有水誕生的。因此地球上的水只有可能來自于外部,其中最有可能的就是其他的天體撞擊偶得的。

這一觀點并非是天馬行空,在浩瀚的宇宙中,幾乎每一天都在上演著天體互撞的情形。而我們所熟悉的彗星,其主要成分就是水和星際塵埃,而彗星的突然撞擊,當然會給地球帶來大量的水。而從近些年隕石掉落在地球的情形來看,隕石也包含了一定的水分,換言之小行星中可能也有水,而且運氣不錯的話,里面的水含量可以達到10%以上。

而在這些隕石中,有一種球粒隕石是撞擊的??停麄冋紦?jù)了隕石家族的86%。正因如此,不少科研人員篤定,這些天外來客,可以為地球帶來大量的水源。

當然一種學說的存在,在沒有特定證據(jù)面前,一切都有懷疑的空間。科學家們選擇對地幔中的同位素與隕石同位素進行對比,這是因為在幾億年的時間里,特別是在地球形成的早期,如果有這樣的包含水分的小行星光臨地球,肯定會在地幔中留下蛛絲馬跡,檢測同位素就是最好的證據(jù)。

后發(fā)現(xiàn),兩者不能說不同,可以說是完全不同。這意味著二者在水上的化學成分并不匹配。本以為這次的發(fā)現(xiàn)可以進一步的驗證這一學說有力性,但現(xiàn)今的結果,顯然沒有。

當然,這一發(fā)現(xiàn)并不是將撞擊一竿子打死。事實上,地球上的水有一部分確確實實來自于這些特別的天體,只不過他們到達地球的時間,并不是在地球誕生之初,而是在地球已經(jīng)形成自己的地幔和地殼時候,才來光顧。而且新的問題又再次出現(xiàn),想要形成現(xiàn)今的地球水的規(guī)模,究竟需要多少次的撞擊,才會集聚成如此巨大的水量?

除此之外,不少人還推算,地球上的水是由太陽風而來。作為一顆恒星,太陽無時無刻不在對外釋放著自己的能量,其中有一部分就是等離子體的粒子流,我們將其稱為太陽風。而在太陽風中,包含水的重要元素氫和氧,這些原子核在到底地球時候,發(fā)生了一系列的化學反應,最終兩個氫原子和一個氧原子結合,形成了水。

當然這一說法并不是完全立不住腳,從現(xiàn)階段我們所得到的大氣數(shù)據(jù)上看,地球每年的這類所形成的水量,就達到1.5噸,同時地球上的水中,存在氫和氚兩種態(tài),二者的比例與太陽表面二者的比例相似,說明太陽風可以產(chǎn)生水。

但是,問題仍然出在量上。這樣的所形成的水相較于地球上的水量來說,不過是九牛一毛。

自源說

和外源說不同,自源說認為地球上的水源于地球的本身,即地球誕生之初就已經(jīng)存在一部分的水了。

而考慮到地球誕生之初的炙熱的巖石行星特性,因此支持這一學說的學者認為,這一階段的地球其水可能多為氣態(tài)存在大氣之中,部分可能在高壓狀態(tài)下深埋于地殼甚至地幔之中。

隨著地球的逐步冷靜,這些水開始以液態(tài)水出現(xiàn),存在地球高壓狀態(tài)的水,可能會隨著火山爆發(fā)或者地質(zhì)活動,讓水逐步出現(xiàn)在地表,形成今日的江河湖海。

而另外一種“自源說”認為,地球在形成時,內(nèi)部就包含了大量的氫元素,這些氫元素與地幔中的氧氣發(fā)生反應,最終形成了水。

最新研究發(fā)現(xiàn):地球上的水先于地球出現(xiàn)

我們常說水是生命之源,事實上,這個說法有那么一些不準確。在宇宙上,水是很常見的一種,例如我們所熟悉的彗星,其組成部分中就包含了水,而太陽系中,盡管水星距離太陽過近,初步推測不可能有水的存在,但是最新數(shù)據(jù)也顯示,其在南北兩極地帶的環(huán)形山中可能存在水。而位于奧米特云帶的小行星,大部分也含有水。然而為什么只有地球孕育出了生命?

這就得說說水的形態(tài)問題了,天文界將地球的軌道視為行星的宜居帶,并根據(jù)此去尋找地外文明。而宜居帶很重要的特點便是,適宜的環(huán)境有利于液態(tài)水的形成。換言之,只有液態(tài)水出現(xiàn),才能有生命誕生的可能性。而地球上孕育生命的液態(tài)水,又是從何處來呢?

近年來,隨著人類在探月工程中的不斷推進,人們開始對比月壤和地球上的巖石中的物質(zhì)。事實上,圍繞著月球的成因,也是困擾天文界多年的一大難題。很多人認為月球是由于地球受到某種外力(推測是小行星撞擊)形成的碎片,最終形成了這樣的天然衛(wèi)星。

當然如果根據(jù)這一推論,月球上的巖石成分應當更加接近于撞擊的那個天體本身的物質(zhì),而不是地球。

然而,在對二者進行測量時,科學家驚訝的發(fā)現(xiàn),地月巖石中,部分以氧為首的位置,一些同位素的比例幾乎沒有任何差異。這一發(fā)現(xiàn)直接沖擊了此前的“撞擊學說”,為了找補,科學家們提出了“多次撞擊”,“高能撞擊模型”等一系列理論模型和假說,企圖填補這個大洞。當然這一問題核心仍然是,月球和地球的氧同位素的含量到底相似到何種程度?

為了確定這項發(fā)現(xiàn)對于當前學說的影響力度,英國開放大學的格林·沃德教授和其科研團隊,對目前所獲得所有的地球和月球的巖石樣本進行氧同位素含量的精準測量。由于本次測試精度高、覆蓋樣本廣,因此具有一定的參考性。

結果表明,月球巖石與地球的玄武巖之間的氧同位素含量,有著3-4ppm的差距,屬于有著可明顯區(qū)分的范疇。換言之,月球巖石與地球巖石二者在氧同位素含量這一問題上,確實存在差距,但是其差距較小。

這樣的結論讓很多朋友覺得迅速打臉了“撞擊說”,事實上并非如此。這一發(fā)現(xiàn)也僅僅說明撞擊假說需要更加完善的理論和推導,部分細節(jié)仍有一部分的缺陷,有待完善。

如果按照“大撞擊說”的推斷,月球是由于地球受到一顆名為忒伊亞的行星砸中,其大小可能約為火星大小。劇烈的撞擊導致富含鎂,少許鐵的忒伊亞碎裂,在地球的引力作用下,形成如今的月球。

但是,格林·沃德教授的研究小組在利用頑火無球粒隕石模擬忒伊亞撞擊,在對氧同位素的含量進行評測的時候發(fā)現(xiàn),此時所形成的巖石和地球巖石的差異度僅為2ppm。

換言之,撞擊可能造成氧同位素含量偏差,但是這個偏差遠遠低于世界所測量出的3-4ppm。因此,如果說月球的建立,可能撞擊只能占據(jù)一半的功勞。

這些偏差恰恰說明了地球上的水,不一定完全都是由小行星所帶來的。在大撞擊后的幾十億年中,地球遭遇了無數(shù)次的小行星或者彗星的撞擊,而主流的觀點認為地球上的水都是由這些小行星撞擊所帶來的。而他們帶來不僅是水,而是帶有氧氣的水分子,而進一步的改變了地球上的氧同位素的比例。

但是格林·沃德團隊的成員立足于本次的測量結果,推算出地球上目前所擁有的水,只有5%-30%算是這些小行星所捎帶來的。而剩下的那些水,早在地球被撞前就已經(jīng)出現(xiàn)在了地球之上。而那時候的地球,不過是一個剛剛誕生的幼兒。

這個結論并不是第一次出現(xiàn),早在2017年,《自然》雜志上就發(fā)表了一篇論文,作者利用地球巖石和其他球粒隕石中釕的同位素含量,發(fā)現(xiàn)了異常之處。這直接沖擊了當時學界所盛行的地球上的水和其他揮發(fā)物是由增薄層出現(xiàn)再擁有。雖然,二者所使用的方法不同,但得到了相似的結論,這給人類發(fā)現(xiàn)地球上的水從何而來,提供全新的證據(jù)。

在地球上還沒有形成前,這些水就已經(jīng)出現(xiàn)了,他們又是如何在復雜多變的宇宙中留存的呢?圍繞著地球上的水誕生,仍有諸多的謎團。但是,它卻給正在尋找地外文明的科學家們提供了一個全新的方向。

水在宇宙中并不難找,而且行星形成的早期,并非是水的絕跡階段,在如此惡劣環(huán)境下留存的水,能夠催生生命的出現(xiàn)呢?

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