地球水的持久謎團

關於你的最後一口水來自哪裡的新線索已經出現

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你必須跋山涉水才能在地球上找到不顯示它們是富水星球一部分的地方。即使是最高和最乾燥的沙漠,如南美洲的阿塔卡瑪高原,平均每年仍至少有幾毫米的降水量(儘管有些地方我們還不知道平均降水量是多少,因為已經多年沒有下雨了)。如果你在沙漠徒步旅行中拿出你方便的質譜儀,你很可能至少能檢測到一些大氣水分子。

去其他地方看看,除了一個充滿水的世界,很難想象還有什麼。地球表面超過 70% 被海洋覆蓋,地表水中大約 97% 在這些海洋中,只剩下 1% 是淡水。水也很少是靜止的,無論它是在洋流中流動還是被蒸發和沉澱。平均而言,地球上每年約有 100 釐米的降雨量,但這分佈在約 5.1x1018 平方釐米的總表面積上。換句話說,粗略估算一下,地球上每年約有 510 萬億公噸的水被蒸發,然後重新沉澱。

但問題是,我們實際上並不知道所有這些水最初來自哪裡。長期以來,我們對像地球這樣的岩石行星形成的看法是,大約 45 億年前,在內太陽系相對乾燥的物質中發生了一次劇烈的、高溫的聚集。水可能是後來才出現的,有人提出可能是彗星從寒冷、冰凍的外太陽系帶來的,或者是富含揮發性物質的岩石隕石墜落帶來的。但由於種種原因,這些選擇已被證明很難完全站得住腳。例如,彗星通常(但不總是)的氘濃度與我們在地球水中看到的氘濃度不符——限制了它們可能的貢獻。同樣,富含水的岩石隕石物質——所謂的碳質球粒隕石——也存在同位素差異,這也可能限制了它們對年輕行星的貢獻程度。


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與此同時,用於構建整個岩石地球(並與地球在氧和鈣等元素中的整體同位素組成相匹配)的代表性物質型別似乎與所謂的頑火輝石球粒隕石非常相似。頑火輝石球粒隕石的碎片仍然存在於太陽系中,偶爾會作為隕石墜落。但人們一直認為它們太乾燥,無法參與地球的供水。

現在,在科學雜誌上Piani 等人報告的一項工作中,對 13 個頑火輝石球粒隕石樣本成分的分析表明,氫含量遠高於預期。研究人員從這些數字推斷,如果這就是構建地球的原行星物質型別,那麼它可能導致地球最初的總含水量至少是目前海洋水質量的三倍。相同的物質也可能為這顆年輕的行星提供了大氣氮的初始混合物。

這種可能性因其相對簡單性而極具吸引力:我們的溼潤世界從一開始就是這樣形成的,除了來自彗星和其他外太陽系物質的少量細雨外,幾乎不需要呼叫任何更復雜的演化。無論這個想法是否經得起進一步的科學審查,它都美好地提醒我們,即使是我們生活中最簡單的事物,比如一杯水或早晨的淋浴,實際上也是通往我們所知一切事物最深層起源的視窗。

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