關於地球海洋的起源,我們瞭解多少?它們更有可能來源於撞擊年輕地球的冰彗星,還是來源於火山活動期間從地球內部釋放的物質?

夏威夷檀香山天文研究所的托比亞斯·C·歐文提供了以下概述

“這是一個非常好的問題,因為我們還沒有一個被所有人接受的答案。”

“海洋的起源可以追溯到地球形成的時期,即46億年前,當時我們的星球是透過積累稱為星子的較小物體而形成的。水的來源基本上有三種可能。它可能(1)從構成地球主體的岩石中分離出來;(2)作為後期吸積的水富隕石薄層的一部分到達,類似於我們今天看到的碳質球粒隕石;或(3)作為後期吸積的冰質星子薄層的一部分到達,即彗星。”


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“海洋的成分為它的起源提供了一些線索。如果所有彗星都包含與我們在哈雷彗星和百武彗星中檢測到的相同型別的水冰——這是我們能夠詳細研究其水分子的唯二彗星——那麼彗星不可能輸送地球海洋中的所有水。我們知道這一點,是因為彗星中的冰所含的氘(氫的重同位素)原子是海水中普通氫原子的兩倍。”

“與此同時,我們知道隕石也不可能輸送所有的水,因為那樣地球大氣層中的氙(一種惰性氣體)含量將是實際含量的近10倍。隕石都攜帶過量的氙。 還沒有人測量過彗星中氙的濃度,但最近關於低溫下形成的冰捕獲氣體的實驗室實驗表明,彗星不含高濃度的氙。隕石水和彗星水的混合物也不行,因為這種組合仍然會含有比海洋中更高的氘濃度。”

“因此,目前關於海洋來源的最佳模型是彗星水和地球岩石體形成時捕獲的水的組合。這種混合物解決了氙的問題。它似乎也解決了氘的問題——但前提是地球當前軌道附近的岩石物質從太陽星雲(環繞年輕太陽的氣體和塵埃雲)中獲取了一些當地的水,然後它們吸積形成地球。一些關於氘在氫氣和水蒸氣之間交換方式的新的實驗室研究表明,太陽星雲區域性區域的水蒸氣會具有大約正確的(低的)氘比例,以平衡在彗星中看到的過量氘。”

“這裡要強調的重點是,這是一個模型,一個工作假設,必須透過許多額外的測量來嚴格檢驗。我們需要研究更多的彗星。我們還需要更多地瞭解火星上的水,在那裡我們有另一個機會來調查上述來源。 在地球上,板塊構造導致海洋水與來自地球內部的物質大量混合;這種汙染可能沒有發生在火星上,那裡似乎沒有發生板塊構造。這些調查(和其他相關研究)目前正在進行中。這是一個活躍的研究領域!”

密歇根大學的詹姆斯·C·G·沃克證實了這一結論,並補充了他的觀點

“目前最好的想法是,揮發物(包括水在內的在低溫下汽化的元素和化合物)是在地球吸積時從固相中釋放出來的。因此,地球及其海洋和大氣層共同成長。”

“在吸積過程中,碰撞星子的動能轉化為熱能,因此地球在聚集時變得非常熱。形成地球的物質可能太熱了,冰不可能成為水的主要載體。 大部分水最初可能以困在粘土礦物中的水的形式存在,或者以分離的氫(在碳氫化合物中)和氧(在氧化鐵中)的形式存在,而不是以冰的形式存在。”

“自從四十多億年前的吸積時期結束以來,地球表面和地球內部(即地殼和地幔之間)一直存在揮發性物質(包括水)的持續交換。火山向大氣和海洋釋放水和二氧化碳。富含揮發物的沉積物在深海溝發生俯衝。海洋地殼在俯衝帶的下沉將水和二氧化碳帶回地幔。今天可以看到所有這些過程都在進行。”

“簡而言之,冰質彗星物質可能在為地球海洋提供水方面並不重要,但在這個領域幾乎沒有確定的知識。”

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