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地球表面那麽多水都來自哪裏?海洋是如何形成的?

2024-11-05科學

科學家們在搜尋宇宙間可能孕育生命的星球時,一個至關重要的考量因素便是液態水的存在。地球上,水是生命之源,大多數生物都離不開它。那麽,問題來了,既然水如此關鍵,我們地球家園上的水又是從何而來呢?海的形成又有何奧秘?

關於地球水的起源,科學家提出了兩種主流觀點。一是水系地球與生俱來,此為「內生說」。另一種觀點認為,水是伴隨小行星撞擊地球而帶來的,被稱為「外生說」。

內生說主張,在地球形成的初期,水就已經嵌入其中。

大約45.5億年前,地球誕生於一片星雲塵埃中,並無任何行星存在。這片星雲直徑約2光年,孕育著恒星,包括我們的太陽。隨著星雲物質在重力作用下逐漸收縮,它們聚合成一個個小天體。在吸重力的作用下,附近的星雲物質不斷匯聚到這些小天體,導致其品質逐漸增加,內部溫度也隨之上升,最終引發了內部的核融合——太陽就這樣誕生了。

與此同時,太陽系中的其他行星,包括地球,也是透過類似的過程,由太陽形成過程中剩余的物質組成。由於地球的品質不足以引發內部的核融合,它並未成為一顆恒星。

我們知道,水由氫和氧構成,氫在宇宙中廣泛存在,而氧則相對稀少,但在地球上氧元素含量卻相當豐富。這表明,在地球形成之時,水已在其中孕育,但因地球初生時的高溫,水無法在地表以液態存在,而是升入大氣層中,被重力束縛未遠離;一部份水則與星雲物質發生化學反應,以氫離子和羥基的形式,被釘選在礦物質的晶體中。科學家在地幔層中的巖石晶體中發現了大量水,其量甚至超過了地表液態水的總量。

隨著地球溫度逐漸降低,大氣層中的水蒸氣凝結成雨,持續數百萬甚至數千萬年的降雨,形成了最早的海洋。

除了地球內部的水,科學家還認為,地球表面的水有一部份是透過小行星撞擊帶來的。在地球誕生後的3億年間,許多小行星依然在地球軌域上穿行。由於地球重力的作用,這些含水量豐富的小行星被吸引,撞擊地球,為地球帶去了水。

太陽系內的許多天體都含有水,甚至液態水也並不罕見。早期的小行星肯定也富含水。正是透過這些持續不斷的小行星撞擊,地球獲得了源源不斷的水資源。水的同位素研究證實了這一點。

目前,大多數科學家認為,地球上的水是由地球內部內建的水和小行星撞擊帶來的水共同構成。在適宜的溫度下,這些水以液態形式存在於地表,形成了最早的海洋。

雖然海洋在地球形成早期就已存在,但它的成分和面積並非一成不變。不同時期,海洋的成分會有所變化,因為海洋中的水會蒸發進入大氣層,形成雨水,雨水又將地表礦物質帶入海洋,改變著海洋的成分。

特殊時期,如大規模火山爆發時,大量二氧化碳和酸性物質如二氧化硫被釋放到大氣中,形成酸雨,進而酸化海洋,導致生物滅絕。但幸運的是,地球具備自我調節機制,酸性物質會與海洋中的其他物質發生反應,降低酸性,維持生態平衡。

地球板塊的不斷運動也影響著海洋的面積、大小和形狀。經過40多億年的變遷,海洋中的成分早已不同於原始海洋。