Question

太阳系岩石行星竟天生有水？地球上的水是怎么来的？

Answer 1

作者：佰思科学 沈东旭 邱亚明

地球上七成的面积都是海洋，所以地球被称作蓝色星球。可是，地球上面这么多的水，又是怎么来的呢？

地球上水的起源有两种说法。一个说法是，地球上的水是自带的。随着地球的逐渐冷却，地球上的水汽凝结，在地面聚积并形成了海洋。另一种说法是小行星不停撞击地球，给地球带来了大量的水。

首先，小行星给地球带来了水，这一点是成立的。太阳系于45亿年前从一片星云中形成。像地球这样的大行星是逐步吸收空间中的物质一点点长大的。从45亿年到38亿年之间，那些没能长成大行星的小个头星体，还有数量巨大的小行星，在引力作用下和那些大行星相互碰撞。一般认为，在大约45亿年前，地球和一个火星大小的星体相撞，形成了月球。

在这一阶段的末期，即从41亿年到38亿年的这一段时间，撞击越来越猛烈，被称作晚期严重撞击期（Later Heavy Bombardment，LHB）。这一时期，大量的小行星和彗星撞向地球和月球，月球上很多的环形山就是这时候形成的。同时，小行星和彗星的到来也为地球带来了大量的水。因此，地球上相当一部分水，或许早年在遥远的太阳系边缘形成，随着彗星的陨落来到了我们身边。

假如地球上的水主要来自于小行星撞击，那么地球上海洋形成的时间不会太早。早先科学家们认为，地球表面在最初的几亿年间处于熔融状态，之后才逐渐冷却，这才允许海洋的形成。目前有很明确的证据，地球上的海洋至少在38亿年前就出现了。在加拿大魁北克发现的古老岩石显示，在42亿8千万年前，地球上就有水了。更有趣的是，在西澳大利亚找到的锆石矿石显示，地球在44亿年前就有水。这说明地球在形成之后表面温度下降得很快，否则水是无法存留的。从这个角度来说，或许水自地球形成时，就是地球的一部分。

最近，发表于《科学进展》（ Science Advances ）的一篇文章，进一步揭示了，水很可能是太阳系大行星形成时的一部分。该文的作者研究了一块坠落在非洲西北部的火星陨石，编号为NWA 7533。

这块陨石由撒哈拉沙漠的贝都因部落发现的，是一块非常古老的岩石，有44.3亿年 历史 。迄今为止人类在地球上找到的最古老的太阳系物质，包含在陨石NWA 2364中，2004年发现于摩洛哥，年龄为45.682亿年，比地球的年龄还古老。这大概就是太阳系开始形成的时间。不管怎么说，NWA 7533的资格绝对是非常老了。一般认为，它比火星形成的时间只晚了9000万年。后来它在一次小行星对火星的撞击中，被撞出了火星，经过漫长岁月的旅行之后，又来到了地球。

科学家在这颗陨石上发现了强烈的氧化迹象，应该是在小行星撞击火星时发生的。而这样的氧化现象，只有在火星表面存在水的情况下才有可能发生。换句话说，火星在44.3亿年前，表面存在水。一般认为，早期的火星上有大量的液态水，有面积很大的海洋。现在看来，火星上的水在火星形成后不仅就出现了。从时间上来说，44.3亿年是在大量富含水的小行星撞击火星之前。因此，那时的水只能是火星形成时自带的，而不是由小行星带来的。

再结合地球上的情况，这说明太阳系的岩石行星在形成的时候，内部就已经含有水。比如金星，早期的时候也有海洋，后来表面的水随着温室效应而慢慢散失。有研究认为，金星直到7亿到7.5亿年前，表面都还有水。甚至距离太阳很近，表面最高温度达到400 ，连大气层都没有的水星，都被发现表面有冰。太阳系内部总共有四颗岩石大行星，上面都发现有水。

这样看来，地球上的水是怎么来的，可以有个初步的结论了。地球在形成之后不久就冷却下来，地球内部的氢元素很快与氧结合，形成了水。这是地球上水的最初来源，甚至是主要来源。后来小行星和彗星对地球的撞击，为地球带来了更多的水分。