生命是宇宙中的奇跡，迄今為止，我們從未在地球之外發(fā)現(xiàn)任何可以確定的生命痕跡，而水是地球上所有已知生命都不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)，因此水也被稱為“生命之源”。
研究表明，早在40多億年前，水就在地球上大量存在了。那么問題就來了：地球的水用了40多億年，變少了嗎？對這個(gè)問題，科學(xué)界也是非常感興趣的，實(shí)際上，在過去的研究工作中，科學(xué)家已經(jīng)在一塊石頭上找到答案，具體是怎么回事呢？且看下文分解。
首先要講的是，地球并不是一個(gè)完全封閉的系統(tǒng)，除此之外，地球的引力也不是想象中的那么強(qiáng)大，在地球的大氣層中，盡管地球可以憑借引力束縛住像氧、氮這樣的較重元素，也可以束縛住水分子，但對于大氣層中的像氫、氦這樣的非常輕的元素，地球的引力就無法對其形成有效的束縛。
我們都知道，水分子其實(shí)就是由氫和氧通過共價(jià)鍵結(jié)合而成的，所以假如有某種機(jī)制能夠?qū)⑺肿臃纸獬蓺浜脱酰秃芸赡軙?huì)出現(xiàn)“氫逃逸、氧留下”這樣的情況，而如果這種情況真的發(fā)生了，那就意味著地球上的水變少了。
這樣的機(jī)制在地球上是存在的，比如說太陽光中的短波輻射就可以破壞掉水分子內(nèi)部的共價(jià)鍵，從而將其分解成氫和氧，這也被稱為“光解”。
實(shí)際上，當(dāng)?shù)厍虼髿鈱又械乃魵鈹U(kuò)散到高層大氣時(shí)，就可能被太陽光“光解”成氫和氧，在此之后，氫就可能會(huì)因?yàn)槊芏容^小而不斷上升，最終從大氣頂層逃逸。
需要指出的是，在地球引力的作用下，大氣層中的絕大部分水蒸氣都不會(huì)擴(kuò)散到高層大氣，根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算，每年大概只有9.5萬噸的氫從地球的大氣頂層逃逸。
這種數(shù)量與地球上的水量比起來，可以說是微乎其微，也就是說，地球上的水因?yàn)檫@種原因而出現(xiàn)的損失并不多，另一方面，地球在宇宙空間中運(yùn)行時(shí)，會(huì)捕獲到一些游離氫，同時(shí)還有一些小天體（如彗星）還會(huì)給地球帶來一些水，這足以彌補(bǔ)地球上因?yàn)椤肮饨狻倍鴵p失的水，所以地球還是可以做到動(dòng)態(tài)的“收支平衡”的。
然而地球上的水還可能因?yàn)榱硗獾臋C(jī)制而變少，例如當(dāng)海洋中的海水通過海底巖石的縫隙滲入地下深處的時(shí)候，就可能會(huì)與高溫巖漿以及其中的結(jié)晶基巖發(fā)生一系列的反應(yīng)，進(jìn)而將水分子分解成氫和氧，科學(xué)家將其稱為“產(chǎn)甲烷過程”（Methanogenesis），如下圖所示。
需要注意的是，上圖所示的只是“產(chǎn)甲烷過程”的凈效應(yīng)，其具體過程需要涉及專業(yè)的地球化學(xué)知識(shí)，這里我們就不展開了。簡單來講就是，這一系列反應(yīng)能夠把海水中的一部分水分子分解成氫氣和氧氣，這些氣體會(huì)上升到海洋表面，然后進(jìn)入地球大氣層。
現(xiàn)代地球的大氣層中氧含量非常豐富，因此這些氫氣中的絕大部分都會(huì)在低層的大氣中就被重新氧化成水，而不會(huì)從地球的大氣頂層逃逸，然而地球大氣層并不是一直都是像現(xiàn)在這樣充滿氧氣的，實(shí)際上，在大約26億年前的“大氧化事件”發(fā)生之前，地球大氣層中的氧氣含量非常低，以至于可以忽略不計(jì)。
也就是說，在地球大氣中還沒有足夠多的氧氣之前，那些通過“產(chǎn)甲烷過程”產(chǎn)生的氫氣就會(huì)大量地從地球的大氣頂層逃逸，而地球上的水也會(huì)因此而變少。
氫元素有三種同位素，能穩(wěn)定存在的只有“氕”和“氘”，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在上述的“產(chǎn)甲烷過程”中，“氕”的效率要比“氘”高得多，這就意味著，那些通過“產(chǎn)甲烷過程”而逃逸的氫氣中的“氕”比“氘”更多，而隨著這個(gè)過程的持續(xù)，海洋中的“氕”和“氘”的比例就會(huì)出現(xiàn)變化。
在此基礎(chǔ)上，我們只需要知道40多億年前地球海洋中的“氕”和“氘”的比例，再利用相關(guān)理論建立起模型，并將其與現(xiàn)代地球海洋的“氕”和“氘”的比例進(jìn)行對比和分析，就可以知道地球在過去失去了多少氫，進(jìn)而計(jì)算出地球上的水在過去變少了多少（畢竟地球上絕大部分的水都在海洋里）。
看到這里，相信大家已經(jīng)猜到了前文提到的“科學(xué)家在一塊石頭上找到答案”是什么意思了，是的，科學(xué)家就是在一塊石頭上找到了遠(yuǎn)古地球海洋中的“氕”和“氘”的比例。
這塊石頭發(fā)現(xiàn)于格陵蘭島西部的地質(zhì)層中，根據(jù)測定，這是一塊形成于大約40億年前的蛇紋石，這種石頭通常形成于海底、洋中脊以及俯沖帶，當(dāng)?shù)貧づc通過海底縫隙循環(huán)的高溫海水接觸時(shí)，就可能會(huì)形成蛇紋石，由于在蛇紋石的形成過程中會(huì)吸收大量的水，海水中的“氕”和“氘”的比例就會(huì)長久地保存下來。
通過對這塊石頭的研究，科學(xué)家得出的結(jié)論是，與早期地球相比，現(xiàn)代地球海洋的體積變小了大約26%，換句話來講就是，地球上的水少了差不多4分之1。
（圖為這塊石頭在顯微鏡下的樣子）
不得不說，這是一個(gè)令人吃驚的答案，不過我們也不必?fù)?dān)心現(xiàn)代地球上的水會(huì)繼續(xù)大量變少。
正如前文所言，現(xiàn)代地球的大氣層早已充滿了氧氣，而這也就意味著，在現(xiàn)代地球上，那些通過“產(chǎn)甲烷過程”產(chǎn)生的氫氣基本上都會(huì)在低層的大氣中就被氧化成水，并不會(huì)從地球的大氣頂層逃逸。
退一步講，即使逃逸了極少的一部分，地球上的水也因此而變少了一點(diǎn)，那這些水也比地球上因?yàn)椤肮饨狻倍鴵p失的水少得多，完全可以通過宇宙空間中的游離氫以及富含水的小天體來得到補(bǔ)充，從而在整體上維持一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡。
參考資料：
Emily C. Pope, Dennis K. Bird, and Minik T. Rosing. Isotope composition and volume of Earth's early oceans. DOI: 10.1073/pnas.1115705109
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