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地球的水用了40多亿年,有没有变少?一块石头告诉科学家答案

2024-02-10科学

编辑|观律鸣法

文章由观律鸣法头条首发

【内容来源于读者投稿】

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地球上的水,历经40亿年,从未减少,四十亿年来,地球上的水始终循环不息。小时候看到的河水可能变少了,但那不过是水在地球不同形态之间转换的一部分。

就像水从河流进入大海,又通过雨雪的形式回到陆地。地球上的水总量从未减少分毫。

我们生活的蓝色星球,拥有无比宝贵的液态水资源。这在太阳系乃至整个宇宙都是独一无二的奇迹,40亿年来,生命正是依赖这一宝贵资源繁衍生息。

那么,地球上的海洋从何而来?水对生命的意义又是什么?一块岩石似乎隐藏了这一谜题的答案。

水的神秘起源

地球上的水,其起源一直是个科学难题。关于水的来源,有两种主要观点对立着。

「水源自地球」的观点,这一观点的支持者认为,在地球形成的最初,水在地球环境中是非常稀有的。

根据大爆炸理论,宇宙起源于高温高密度状态,在快速膨胀过程中,仅有轻的氢与氦元素残存下来。

所以早期的地球上可能并不存在液态水,只有水蒸气。后因地球冷却,水蒸气逐渐凝结为液态,最终形成了海洋。

为了佐证这一观点,科学家对地球深部岩石进行了研究,发现岩石中的氢原子与氧化合,形成了水分子,这些水被困藏在岩石间隙中。

通过计算,地球地幔中的水资源量可能达到地表水资源的1-10倍之多。一些地质学家在极端干燥的岩石中,也发现了大量被锁定的氢原子,支持了地幔水资源的存在。这说明,水有可能是在地球形成过程中自然生成的。

在地球形成早期,各种元素和星云物质聚合形成原始的地球。在高温高压下,这些元素发生化学反应,最终生成了水。

随着地球表面温度的降低,水汽凝结为雨水,在几十亿年的时间里不断从天空降落到地面,逐渐汇聚成海洋。

第二种观点则认为水源自外太空,这种观点的支持者指出,早期地球受到大量小行星和彗星的撞击,这些天体为地球带来了水资源。

研究显示,彗星含有大量冰和尘埃,其冰体中富含水分子。当彗星进入地球大气层时,强烈的冲击导致温度急剧升高,冰体融化从而释放出了水。

但是这一观点也存在一定争议。一些科学家指出,从67P彗星等天体上采集到的水样本,其中的氘同位素与地球水不同。

另外,目前地质记录中也没有发现足够的小行星或陨石样本来证实这一观点。但是这一理论的支持者则认为,在地球形成初期,周围还有大量其他星体存在,它们陨落到地球表面时累积带来了水资源,多次撞击后才形成了海洋。

对于水的起源,各种观点还有待进一步的科学探索。更可能的情况是,水的形成既与地球自身过程有关,也与外太空撞击有关,是两种机制共同作用的结果。

而科学家在一块岩石上发现了关于地球上水的秘密。

阿卡斯塔片麻岩

40亿年前的阿卡斯塔片麻岩,记载了地球早期海洋的秘密。 这块岩石形成于加拿大东部,是迄今发现的最古老的岩石之一。

岩石表面独特的蛇纹花纹,证明它来自古老的海底。铀铅定年技术显示,它的年龄高达40亿年,仅比地球年轻6亿年。

这块岩石形成时,这里还是浅海环境。高温的海水与海底岩石反复交互,最终形成了这独特的变质岩。岩石中的氘元素比例,暴露了一个惊人的事实——早期地球的海洋体积,比现在高出26%。地球在40亿年间,海水以一种我们难以想象的速度消失。这些水去了哪里?

原来,早期地球的大气层十分稀薄,无法阻挡强烈的宇宙射线。射线轰击水分子,将其分解成氢气和氧气。氢气直接逃逸到了太空,而氧气也在各种反应后被消耗。

直到26亿年前,蓝细菌通过光合作用释放出大量氧气。氧气形成臭氧层,抵御了射线的攻击。海水流失的速度这才得到遏制。

如今,我们赖以生存的陆地,正是上古消失的海洋。这块小小的岩石,承载了地球漫长历史中海洋的成长与消亡。

它给我们提出了警示——我们必须珍惜地球上的每一滴水资源。然而,这块岩石背后的故事远不止如此。

为何早期地球大气层如此稀薄?这与当时的地质活动有直接关系。古生代时期,板块运动频繁,火山爆发屡见不鲜。

大量二氧化碳和甲烷从地幔释放,但地球表面的植被稀少,无法吸收这些温室气体。结果,它们大量逃逸到太空,导致大气层变薄。

水分子为何会被紫外线分解?那是因为早期太阳活动强烈,辐射的紫外线远超过现在。在这种强紫外线照射下,水分子中的化学键被破坏,氢原子直接脱离了地球引力束缚。

氧气又是如何被消耗的?这里面玩了一个关键角色甲烷。早期地球大气层中的甲烷含量很高,它可以和氧原子发生反应生成一氧化碳和水。

正是这一系列反应,导致大量氧气被消耗。26亿年前的「大爆发」,为何产生如此巨量的氧气?

这归功于蓝细菌的大规模繁衍。它们进行光合作用,释放出的氧气剧烈改变了地球环境,也导致了第一波生物集群灭绝。

可见,这块小小的岩石记录了早期地球环境的多重演变。 它为我们提供了宝贵的地质历史线索,也提醒我们要珍视现今稳定的环境。我们必须保护好这片蓝色星球,谨慎对待每一滴水资源。

结语

水资源保护是一个系统工程,需要各方共同努力。但是,在经济全球化的今天,水资源问题已经超出一个国家或地区的范围。

我们需要建立区域乃至全球范围的水资源合作机制,特别是发达国家应该在技术和资金上给予发展中国家以援助,使全人类共享水资源这一地球之恩赐。

当然,这需要各国政府、企业和公民的共同参与。能否建立起这样高效、公平的全球水资源合作机制,仍存在许多不确定性。

我们是否能够超越一切分歧,为子孙后代留下一片碧水蓝天,这对全人类来说既是难题,也是希望。

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