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                    《科學24小時》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    旨在向全國廣大群眾,特別是具有中等文化程度的廣大青年,普及科學技術知識,繁榮科普創作,啟迪思想,開拓視野。

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                    地球之水哪里來

                    2016-07-22 14:35:24

                    水是生命之源,如果沒有水,也許地球就不會像現在這樣,人類也不會存在。但你想過這個生命之源是本就存在,還是遠方來客?

                    地球之水哪里來

                     

                    在太陽系八大行星中,地球是目前唯一被液態水覆蓋了大部分地表的星球。在這顆藍色星球上,陸地面積只占地球表面的29.2% ,剩下的70.8%全是茫茫大海。其中,僅太平洋的面積就達到了18134.4 萬平方千米,約占地球總面積的1/3,和陸地面積總和不相上下。

                    地球水資源主要分布在海洋、南北極冰川和陸地水系中,總量約為13.6 億立方千米。但是,那么多的水究竟是從哪里來的呢? 科學界始終莫衷一是。

                     

                    水與火之歌

                    大約在5055 億年前,太陽星云分化出來的固體碎片塵埃和氣態物質在宇宙中聚集,構建成了最初的地球,而其內核則由固體塵埃聚攏結合而成。

                    在原始階段,地球的結構十分松散,質量不大,引力很小,溫度也非常低。它既沒有大氣,也沒有海洋,是一個沒有生命的世界。不過在隨后的幾億年里,地球開始不斷收縮,內核放射性物質隨之產生能量,并使得地球溫度越來越高。結果,有些物質慢慢變暖熔化,鐵、鎳等較重的物質大部分聚集在地球中心部位形成地核,最輕的物質則浮于地表。雖然逐漸降低的表面溫度將地表變成了堅硬的地殼,但是內部的高溫仍然讓巖漿活動異常激烈。從地幔里噴涌而出的熔融巖漿,導致在一些地方隆起形成山峰,或是導致某些地方下陷形成低地與山谷。

                    隨火山噴發而出的大量水蒸氣和二氧化碳等氣體,由于無法擺脫地球引力而圍繞著地球,構成了“原始的地球大氣”。最初形成原始地球的固體塵埃大多為無機鹽之類的物質,內部蘊藏著許多水分子,即“結晶水合物”。其中的結晶水在地球內部高溫作用下被離析出來,變成了水蒸氣。如果條件適宜,噴到空中的水蒸氣也會冷卻成云,形成降雨。長時間的降雨使地殼低洼處的積水越來越多,形成了最初的海洋和湖泊。此后,地球內部產生的水蒸氣被源源不斷地送入大氣層,地面水量也隨之不斷增加,幾十億年后終于形成了現在的江河湖海。這就是“火山說”——地球之水來自火山。這是一種相當具有代表性的觀點,而且還有著充分的證據支持。2012 年,科學家對組成地球地幔的球粒隕石進行分析,結果發現其中竟然含有0.5%5%的水,最多處可達10%。即便在當初組成原始地球的隕石中,僅有1/800 是這些球粒隕石,那也足以形成今天的地球水圈。此外,科學家研究發現,火山噴發的確會將大量水蒸氣釋放到地球大氣中,可占到噴發量的75%。以美國阿拉斯加一座名為“萬煙谷”的火山為例,其每年噴出的水蒸氣就有6600萬噸。

                     

                    來自宇宙的禮物

                    有關水的來源,目前最時髦的理論就是美國科學家提出的“彗星說”。該理論認為,地球上的水與冰塊彗星有很大的關聯,正是來自太空、攜帶有水和其他有機分子的彗星和小行星撞擊了地球,才使地球產生了水。

                    科學家經過研究發現,由于大氣中水蒸氣分子在太陽紫外線的作用下,會分解成氫原子和氧原子,因此地球表面的水會持續向太空流失。而當氫原子上升到距地面80100 千米的高熱層中時,它們的運動速度將超過第一宇宙速度,進而脫離地球進入太空。推算結果表明,飛離地球表面的水量大致等于進入地球表面的水量,那么地球的水量應該基本保持不變。然而令研究人員迷惑不解的是,兩萬年來,世界海洋的水位上升了大約100米。

                    1987 年,美國愛荷華大學的研究團隊在觀察人造衛星發回的數千張地球大氣紫外輻射圖像中,注意到了地球上的一些“黑斑”??茖W家猜測,這些“黑斑”是冰塊彗星沖入地球大氣層,破裂和融化成水蒸氣后造成的。而每個冰塊慧星的直徑在20 千米左右,面積約有2000 平方千米,能夠釋放100 噸水?!板缧钦f”認為,正是由于這些天外來客的不斷補給,才使地球表面的水量持續增加,最終擁有了如今的水位。

                    最近,科學家第一次發現了可證明“彗星說”的依據——一顆被稱為利內亞爾的冰塊彗星。這顆彗星在離木星軌道不遠的地方誕生,含水33 億噸,如若澆灑在地球上則可形成一個巨大的湖泊。雖然利內亞爾彗星在熾烈的陽光下蒸發成了蒸氣,并沒有來到地球,但相關研究表明,這顆彗星攜帶的水與地球上的水非常相似。因此科學大膽推測,在太陽系形成之初,許多類似利內亞爾的彗星都攜帶著大量水來到了地球。

                    美國宇航局專家約翰·瑪瑪指出:“這些彗星并不是像小行星撞擊那樣造訪地球,而是像雪球般落到了地球上,更像是軟撞擊,只有大氣層的上層受到破壞,而撞擊時釋放出來的有機分子并沒有受到損害,因此保證了水資源的完好無損?!?span lang="EN-US">

                    2014 年,加拿大研究人員發表報告稱,他們首次發現了來自上下地幔過渡帶的一塊尖晶橄欖石,其含水量為1.5%。這是一種罕見的親水性礦物,埋藏在地下400600 千米的地幔深處。研究人員在實驗室中合成了一些人造尖晶橄欖石,并模擬了地下660 千米深處的高溫高壓環境,結果這些“尖晶橄欖石”發生了部分熔融,就像出汗一樣釋放出水分子。

                    科學家推測,即便這個“過渡層水庫”的含水量只有地幔巖石重量的1%,它也將成為迄今人們發現最大的地下水源,含水量甚至可能是全世界海洋水量的3 倍。據此,科學家提出了一個全新的理論——地球上的水很有可能本身就存在于地球內部,這些儲存在尖晶橄欖石里的水構成了一片巨大的地下“海洋”(圖1)。

                     

                    3 也許火星之水只是處于“睡眠狀態”罷了

                     

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