為什麼說地球曾經下瞭一場幾百萬年的雨,最終才有瞭海洋?

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地球是一個充滿液態水的星球,大約71%的表面積被海水覆蓋,而且這個數字隨著全球變暖海平面上升而變得越來越大。

很多人可能都好奇過海底到底長什麼樣,簡單的答案就是和陸地幾乎一樣,那裡有山脈,有峽谷,有平原,隻是都處在較低的地方而已。

但是,現在依然沒有一個人能夠完整地描繪海底世界,因為我們用於繪制陸地地形圖的衛星雷達技術在水中不能很好地工作。

事實上,現在月球,甚至是火星的地圖都比地球海洋的地圖更加清晰可靠,因為相較於月球和火星,海洋的探索更加困難。

雖然海底世界依然留給我們許多幻想,但其實更神奇的地方是,為什麼隻有地球有海洋,以及地球海量的水資源又是哪裡來的?

地球上的水資源是怎麼來的?

雖然地球到處都被液態水填滿,但是相較於整個地球的組成材料來說,地球表面的所有水資源——包括結冰的、蒸發的、液態的總體積,它大約隻有地球現有體積的千分之一。

其中大部分水資源都在海洋中,大約占瞭地球所有水資源的96.5%,地球隻有3.5%左右是淡水,而且大約68%的淡水都是在冰川中,所以節約用水吧,淡水資源確實挺緊張的。

海水很咸的原因是它受到地球板塊構造的影響,這些液態水和地球內部的物質大量混合導致的。

換句話說,地球的大部分水資源其實是受到“污染”的,這給研究地球水資源的來源帶來瞭許多麻煩。

現在,關於地球上水資源的來源主要有三種假設,第一種是地球在形成初期吸積時把水資源一起收集瞭起來;第二種是在地球形成時和形成後,一些富水隕石逐漸將水資源送到地球,這些隕石可能與我們今天依然可以看到的碳質球粒隕石類似;第三種同樣是來自後期增長,不過是一些冰冷的小行星,也就是我們現在看到彗星,將水資源逐漸送到地球。

如果想知道地球水資源的正確來源,必須瞭解地球水資源的現有的和過去的成分,以及隕石和彗星水資源成分。

碳質球粒隕石,圖源:Mario Müller

首先,隕石肯定不可能輸送瞭太多的地球水資源。

這是因為碳質球粒隕石基本都富含氙——一種惰性氣體,現在地球上很少有這種氣體,所以大部分人可能都沒聽說過。

事實上,如果地球上的水資源的主要來源之一包括隕石的話,那麼地球大氣層中的氙含量最少是現在的10倍以上。

圖:哈雷彗星

其次,彗星也不可能輸送太多的水資源地球。

這是因為通過研究哈雷彗星和百武彗星(這兩個是唯一能夠詳細研究其水分子的彗星)的水冰,人們發現彗星的冰富含氘原子——氫原子的一種重同位素。

如果說地球的水資源主要來自彗星的話,那麼現在地球的水分子氘氫比(D/H比)會很高,而現在地球的實際情況並不算高。

事實上,地球在形成的過程中水資源的氘氫比本身就會不停增加,這是因為在氘比氫更重,在水分子被光解後,普通氫更容易流失,這就是為什麼金星上現在的氘氫比異常高的主要原因之一。

但是,地球上目前沒有任何已知的過程可以降低氘氫比的,即便是小行星輸送水資源,就目前來看其水資源的氘氫比和地球海洋基本一致。

太陽系早期,圖源:NASA/JPL-Caltech

所以,彗星輸送的水資源也隻能是次要的,地球現有的水資源主要來自於原始行星形成時帶來的可能性最高

當然,地球最初得到的可能不是自己的水分子,而更多的是氫——這是宇宙中最普遍的元素,也是任何早期星雲中最主要的元素。

之後,氫和其它各種元素結合,形成瞭我們現在的水,以及其它一切含氫的化合物。

不過這裡必須再提一點,那就是地球的水資源在之後的地殼運動中經常被“污染”,而且現在地球表面所含的水資源量遠低於地球內部,有研究表明地幔總含水資源量是海洋的3倍。

圖:地球結構

所以,人們希望通過瞭解火星的水資源來進一步瞭解行星水資源的來源,因為許多研究人員認為火星很少受到板塊構造影響。

地球海洋是如何形成的?

當我們瞭解瞭地球水資源的來源之後,其實海洋的形成也就水到渠成,一目瞭然瞭,隻要地球冷卻到足以支持液態水,海洋自然也就形成瞭。

目前的研究和觀測數據表明,原始行星的形成是在不停地吸積和碰撞中逐漸成長的,但是這兩個過程都會釋放巨大的熱量。

早期地球,圖源:SwRI/Simone Marchi

因此,早期的地球非常熱,熱到任何物質都是熔融狀態,所以根本談不上是否存在液態水。

隨著行星趨於穩定,也沒什麼小行星繼續撞向其中之後,它就會逐漸降溫或者冷卻,地球正好處在太陽系的宜居帶上,它所接收的太陽輻射可以支持液態水存在。

當地球本身冷卻下來之後,液態水自然也就出現瞭,但是地球海洋的形成至少花瞭數百萬年——這就是所謂的地球下瞭一場數百萬年的雨創造瞭海洋的說法

在地球很熱的情況下,水資源主要以水蒸氣的形式存在於地球大氣之中,而在地球降溫之後,它就開始下雨,這個地球重要的轉折點大約發生在38億年前

但是,雨水在落地的瞬間或者還沒有落地它就再次被蒸發瞭,同時地球在把水繼續變成水蒸氣的過程中加劇降溫,直到液態水可以存在於地球表面。

就是這個過程一直在持續數百萬年,當時的地球無時無刻都是強對流天氣,非常惡劣,不過有意思的地方是,強對流制造的閃電可能有助於之後生命在海洋形成。

數百萬年的降雨,讓雨水在地球表面肆意沖刷,最終制造瞭河流,以及在原有盆地上積水形成瞭海洋。

海洋的出現徹底改變瞭地球,包括它對地球大氣成分的改造——主要是海水吸收二氧化碳,以及讓生命出現成為可能。

最後

你可能還會好奇,在太陽系宜居帶上的星球還有金星和火星,為什麼隻有地球最終形成瞭海洋,隻能說地球一切都那麼的剛剛好。

地球的大小剛剛好,而火星太小瞭,火星沒有足夠能力長久保存核心溫度;地球距離太陽的距離也剛剛好,而金星太近瞭,金星在形成之後,其大氣中超高的二氧化碳比例制造瞭全球性的溫室效應,在陽光的照射下水資源永遠不可能以液態形式存在。

不過話又說回來,海洋是地球生命的搖籃是現在普遍的共識,但如果地球海洋的水資源基本來自於行星形成時收集而來的話,那麼地球生命還會獨一無二嗎?

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  • 本文由 发表于 2022年7月8日
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