地球表面七成以上都被海洋覆蓋著,可要是從質(zhì)量占比來說,水在地球這個大球體里僅僅占0.02%。打個比方,要是把地球縮小到籃球那么大,那地球上所有的海洋、冰川還有河流加一塊兒,連籃球表面刷的一層薄漆都覆蓋不了。就這么一層薄得幾乎能忽略不計的水,卻完全改變了地球的命運走向。
地球的水,遠比咱們想象中少太多啦
一提到“水球”,好多人腦海里立馬就浮現(xiàn)出那張經(jīng)典的藍色彈珠照片,那畫面里地球碧藍碧藍的,好像到處都是水,感覺水多到泛濫。咱們憑直覺也覺得,地球上的水那真是多到?jīng)]邊兒了。
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但要是把地球放到太陽系里一對比,你就會發(fā)現(xiàn),地球其實是個缺水的“選手”。就說木衛(wèi)二吧,它的直徑只有地球的四分之一,大小跟月球差不多,可它冰殼下面藏著一片全球性的海洋,這海洋里的水量大概是地球所有海洋水量的兩到三倍呢。就連矮行星谷神星,按比例算,它含的水量都比地球高。要是論水的絕對數(shù)量,地球在太陽系里連前三都排不上。
這水量可真不算多啊。
那為啥咱們還把地球叫做水球呢?重點不在“多”,而在“露”。地球上的水可不是深埋在幾百公里厚的冰層下面,也不是被鎖在礦物的晶體結(jié)構(gòu)里,而是以液態(tài)的形式,薄薄地鋪在地殼表面,直接暴露在陽光之下。
在整個太陽系里,這種情況幾乎就是獨一無二的。真正的奇跡不是地球有水,而是水剛好以合適的狀態(tài)出現(xiàn)在了合適的地方。
水可不是從天上“送”過來的
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知道了地球的水其實沒那么多,那這點水到底是從哪兒來的呢?
好多科普文章會跟你說:是彗星帶來的。彗星本質(zhì)上就是“臟雪球”,由冰和塵埃組成。在太陽系早期的時候,大量彗星撞擊地球,就好像一趟趟太空快遞,把水送到了地球表面。這畫面聽起來挺生動,而且在很長一段時間里,這也是主流的假說。
不過,數(shù)據(jù)可不支持這個說法。
科學(xué)家有驗證的辦法,就是比較水中氘(也就是重氫)和普通氫的比例,簡稱D/H比。這個比例就像是水的“指紋”,不同來源的水,“指紋”是不一樣的。要是地球的水主要是彗星帶來的,那地球和彗星的D/H比應(yīng)該能對得上。
2014年,歐空局的羅塞塔號探測器到了67P彗星那里,近距離分析了它噴出來的水蒸氣,結(jié)果發(fā)現(xiàn),這彗星水蒸氣的D/H比是地球海洋的三倍多。這“指紋”沒對上啊。后來陸續(xù)測量的其他彗星,D/H比也大多偏高。科學(xué)界現(xiàn)在估計,彗星對地球水的貢獻可能連10%都不到。
那剩下的九成水是從哪兒來的呢?答案藏在石頭里。
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2020年,法國國家科學(xué)研究中心的Laurette Piani團隊在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了一項重要研究。他們分析了一類叫“頑火輝石球粒隕石”的太空巖石,這類隕石的同位素特征和地球非常接近,被認為是構(gòu)成原始地球的主要原材料。
研究發(fā)現(xiàn),這些看著又干又硬的石頭,礦物結(jié)構(gòu)里含有大量的氫元素,這些氫元素和氧結(jié)合后,理論上能釋放出至少相當于全球海洋總水量三倍的水。
這是啥意思呢?就是說建造地球的那些“材料”本身就是帶水的。地球在形成早期溫度特別高,巖漿到處翻涌,火山一個挨著一個地噴發(fā),高溫把礦物晶格里的水一點點地“烤”了出來,變成水蒸氣釋放到大氣里。地質(zhì)學(xué)上把這個過程叫做“脫氣”。
水可不是誰送給地球的禮物,它是地球自己從身體里“擠”出來的。
有水蒸氣不等于就有海洋,中間還得下場持續(xù)百萬年的暴雨
45億年前的時候,地球表面溫度很可能超過2000°C,地殼整個就是一片巖漿海洋,天空里翻滾著大量的水蒸氣、二氧化碳還有其他各種火山氣體。水蒸氣確實是大量存在,可它要變成液態(tài)海洋,中間還隔著一道大難題,就是溫度得先降下來。
可偏偏降溫這事兒本身就矛盾重重。大氣里大量的水蒸氣和二氧化碳都是強效的溫室氣體,能把熱量牢牢地鎖住。
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你可以想象這么個場景:大夏天你發(fā)著40度的高燒,身體拼命想散熱,結(jié)果有人把你塞進羽絨服里還拉上了拉鏈。地球要想冷卻下來,就得讓水蒸氣凝結(jié)成雨落下來,給大氣減輕負擔;可水蒸氣要凝結(jié),又得先等溫度降到足夠低。
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