地球上七成的面積都是海洋,所以地球被稱作藍(lán)色星球??墒?,地球上面這么多的水,又是怎么來的呢?
地球上水的起源有兩種說法。一個說法是,地球上的水是自帶的。隨著地球的逐漸冷卻,地球上的水汽凝結(jié),在地面聚積并形成了海洋。另一種說法是小行星不停撞擊地球,給地球帶來了大量的水。
首先,小行星給地球帶來了水,這一點是成立的。太陽系于45億年前從一片星云中形成。像地球這樣的大行星是逐步吸收空間中的物質(zhì)一點點長大的。從45億年到38億年之間,那些沒能長成大行星的小個頭星體,還有數(shù)量巨大的小行星,在引力作用下和那些大行星相互碰撞。一般認(rèn)為,在大約45億年前,地球和一個火星大小的星體相撞,形成了月球。
在這一階段的末期,即從41億年到38億年的這一段時間,撞擊越來越猛烈,被稱作晚期嚴(yán)重撞擊期(Later Heavy Bombardment,LHB)。這一時期,大量的小行星和彗星撞向地球和月球,月球上很多的環(huán)形山就是這時候形成的。同時,小行星和彗星的到來也為地球帶來了大量的水。因此,地球上相當(dāng)一部分水,或許早年在遙遠(yuǎn)的太陽系邊緣形成,隨著彗星的隕落來到了我們身邊。
早期的地球和海洋
假如地球上的水主要來自于小行星撞擊,那么地球上海洋形成的時間不會太早。早先科學(xué)家們認(rèn)為,地球表面在最初的幾億年間處于熔融狀態(tài),之后才逐漸冷卻,這才允許海洋的形成。目前有很明確的證據(jù),地球上的海洋至少在38億年前就出現(xiàn)了。在加拿大魁北克發(fā)現(xiàn)的古老巖石顯示,在42億8千萬年前,地球上就有水了。更有趣的是,在西澳大利亞找到的鋯石礦石顯示,地球在44億年前就有水。這說明地球在形成之后表面溫度下降得很快,否則水是無法存留的。從這個角度來說,或許水自地球形成時,就是地球的一部分。
發(fā)現(xiàn)最早的鋯石的地方:西澳大利亞的Jack Hills
最近,發(fā)表于《科學(xué)進展》(Science Advances)的一篇文章,進一步揭示了,水很可能是太陽系大行星形成時的一部分。該文的作者研究了一塊墜落在非洲西北部的火星隕石,編號為NWA 7533。
NWA 7533
這塊隕石由撒哈拉沙漠的貝都因部落發(fā)現(xiàn)的,是一塊非常古老的巖石,有44.3億年歷史。迄今為止人類在地球上找到的最古老的太陽系物質(zhì),包含在隕石NWA 2364中,2004年發(fā)現(xiàn)于摩洛哥,年齡為45.682億年,比地球的年齡還古老。這大概就是太陽系開始形成的時間。不管怎么說,NWA 7533的資格絕對是非常老了。一般認(rèn)為,它比火星形成的時間只晚了9000萬年。后來它在一次小行星對火星的撞擊中,被撞出了火星,經(jīng)過漫長歲月的旅行之后,又來到了地球。
早期火星想象圖
科學(xué)家在這顆隕石上發(fā)現(xiàn)了強烈的氧化跡象,應(yīng)該是在小行星撞擊火星時發(fā)生的。而這樣的氧化現(xiàn)象,只有在火星表面存在水的情況下才有可能發(fā)生。換句話說,火星在44.3億年前,表面存在水。一般認(rèn)為,早期的火星上有大量的液態(tài)水,有面積很大的海洋?,F(xiàn)在看來,火星上的水在火星形成后不僅就出現(xiàn)了。從時間上來說,44.3億年是在大量富含水的小行星撞擊火星之前。因此,那時的水只能是火星形成時自帶的,而不是由小行星帶來的。
早期金星上的海洋(想象圖)
再結(jié)合地球上的情況,這說明太陽系的巖石行星在形成的時候,內(nèi)部就已經(jīng)含有水。比如金星,早期的時候也有海洋,后來表面的水隨著溫室效應(yīng)而慢慢散失。有研究認(rèn)為,金星直到7億到7.5億年前,表面都還有水。甚至距離太陽很近,表面最高溫度達(dá)到400℃,連大氣層都沒有的水星,都被發(fā)現(xiàn)表面有冰。太陽系內(nèi)部總共有四顆巖石大行星,上面都發(fā)現(xiàn)有水。
水星上有冰
這樣看來,地球上的水是怎么來的,可以有個初步的結(jié)論了。地球在形成之后不久就冷卻下來,地球內(nèi)部的氫元素很快與氧結(jié)合,形成了水。這是地球上水的最初來源,甚至是主要來源。后來小行星和彗星對地球的撞擊,為地球帶來了更多的水分。
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