地球上的水是哪来的?用了40多亿年,水变少了没有?

相关研究表明,早在40多亿年前,液态水就已经在地球上出现了,那么,地球上的水是哪来的呢?用了40多亿年,水变少了没有呢?下面我们就来聊一下这个话题。
根据科学界的主流观点,太阳系形成于一片巨大的原始星云,这被称为太阳星云,在大约46亿年前,太阳星云
【千问解读】
众所周知,地球表面存在着大量的液态水,以至于地球表面有大约70%的面积都被由液态水构成的海洋覆盖。
相关研究表明,早在40多亿年前,液态水就已经在地球上出现了,那么,地球上的水是哪来的呢?用了40多亿年,水变少了没有呢?下面我们就来聊一下这个话题。
根据科学界的主流观点,太阳系形成于一片巨大的原始星云,这被称为太阳星云,在大约46亿年前,太阳星云因为某种外界的扰动而发生了引力坍缩,在坍缩过程中,太阳首先在星云的中心位置生成,残余的物质则一边围绕着太阳运行,一边继续碰撞与吸积,最终演化成了太阳系中包括地球在内的众多天体。
从已知宇宙的元素丰度可以看到,构成水的氢元素和氧元素都是宇宙中很常见的元素,而由于氧元素的化学性质非常活泼,它们很容易与氢元素发生反应并生成水,因此我们不难推测出,在太阳星云之中,本身就含有大量的水。
然而,太阳星云中有大量的水,并不意味着地球在形成之初就一定可以拥有很多水。
对此,有一种观点认为,在太阳形成之后,它释放的能量会使其附近一定距离范围内的水都以水蒸气的形式存在,同时驱动着它们向外散逸,而地球的形成是一个从小到大的过程,只有在地球的质量增大到一定程度的时候,其产生的引力才可以束缚住水蒸气,所以在地球最终成长到可以束缚水蒸气之时,它所在的区域已经没有剩下什么水了。
也就是说,在地球形成之初,其实是非常缺水的,另一方面来讲,由于太阳的热辐射会随着距离的增加而不断减弱,当达到一定程度时,水就会被冻结成固态的冰,变得很容易吸积,因此那些形成于距离太阳更远的天体,通常都会含有大量的水。
所以该观点推测,地球上的水,应该主要来自于那些形成太阳系外侧的小天体(如小行星、彗星),毕竟早期太阳系可以说是一片混乱,经常会有小天体撞击地球,特别是在大约38亿至41亿年前的后期重轰炸期,这样的事件更是多得难以计数。
不过也有观点认为,原始的地球就已经有很多水了,其理由是,在太阳系形成之初,水会以结晶水的形式存在于多种矿物之中,而在地球的形成过程中,这种富含水的矿物是可以被大量吸积的。
随着原始地球的个头不断变大,大量的碰撞所产生的热量也在持续累积,其温度也越来越高,当达到一定程度时,这些矿物中的水就会被释放出来,并因为高温而以水蒸气的形式存在,而在这个时候,原始地球的质量已经足够大,其产生的引力已经可以将这些水蒸气牢牢的束缚在地球的上空。
在地球最终形成之后,其运行轨道上绝大部分物质都被清空,没有了频繁的碰撞,地球就开始持续降温,当温度降低到一定程度的时候,那些水蒸气就大量地凝结成液态水,进而降落到地球表面。
近些年来,随着相关研究的深入,科学家发现这两种观点都有各自的证据支撑,所以科学界普遍认为,地球上的水应该是内源和外源共同作用的结果,不过就目前的情况来看,科学家并不确定到底是来自哪种渠道的水更多。
那么,地球上的水用了40多亿年,变少了没有呢?我们接着看。
正如前文所言,即使是水蒸气也会被地球的引力牢牢地束缚住。
之所以会这样,其实是因为水分子的分子量较大,但问题是,水分子的内部结构并不是想象中那样稳定,只需一定的能量输入,就可以使其分解为氢和氧,由于地球的引力不足以束缚住氢,因此一旦出现这样的情况,氢就有可能从大气层顶逃逸,进而使地球上的水变少。
实际上,在地球自然界中就存在着可以将水分解的机制,比如说太阳的短波辐射(主要是紫外线)就有一定的概率直接将水光解氢气和氧气,除此之外,当地球上的海水通过岩石圈的缝隙渗入到地下深处时,有可能会与高温岩浆以及其中的结晶基岩发生一系列的反应,其净效应就是将水分解成氢气和氧气。
所以一个合理的推测就是,经过了40多亿年的漫长时间之后,地球的水应该是会变少的。
实际情况也确实是如此,因为在过去的日子中,科学家已经通过地质记录、化学同位素变化、大气逃逸现象模拟和古气候模型等多方面研究估算出,现代地球的海洋体积相比40多亿年前缩小了26%左右。
幸运的是,现代地球的大气有21%都是氧气,而在富氧的环境中,即使是水被分解,其产生的氢气也很容易重新被氧化并生成水,因此与遥远的过去相比,现代地球上水的流失量是非常少的。
在此基础上,再加上地球在围绕太阳运行的过程中,也会时不时地从宇宙空间中捕获到一些水或者含氢的物质,所以从整体上来看,现代地球上的水可以做到动态的收支平衡,至少在未来的10亿年里,地球上的水都不会明显地减少,因此我们不必对此感到担心。
地球最初的样子堪比人间炼狱,地球46亿年前是炽热的岩浆球
地球在成形之后是一颗炽热的岩浆球,整个地球表面都被火焰以及熔岩覆盖。
在过了2亿年后,地球上开始降雨,最后整个地表都被淹没在海洋之中。
地球最初是一颗岩浆球如今的地球有蓝天有碧海,还有人类耐以生存的大地。
而在46亿年前,地球最开始确实一片赤红,整个地表都是炽热的熔岩,整个天空都是暗红色的灰烬,仿佛就是传说中的人间炼狱。
但就是这样一颗可怕的岩浆球,孕育出了无数的生命,在此不得不赞叹宇宙的创造力。
地球的发展以及生命诞生的历程大约在46亿年前,当宇宙100亿岁的时候,我们的太阳和地球诞生了。
作为银河系中上千亿颗星辰之一,太阳是由宇宙星际间的气体和尘埃形成的。
新生的星体周围被许多碎片—气体和尘埃—环绕着,它们在一个圆盘状的轨道上围不断旋转着。
这些尘埃和气体微粒互相碰撞,形成了更大的微粒,就像暴风雪中的雪花一样,在太空中飘荡。
对于太阳系内部的星星们来说,它们要想从细小的谷粒大小成长为岩石那么大的小行星,大约需要花上10万年的时间。
地球最初的样子也只是一块岩石,当沙子或山体大的宇宙碎片降落到它其表面时,它便开始慢慢生长了。
(最初,每天落到地球表面的星际物质超过6000万吨,而现在大约为150万吨——其中大部分物质由于太小,根本无法观察到。
)直至大约7000万年后,地球才变成了现在的大小。
不断冲撞所产生的高温将岩石熔化成了液态。
地球的内部充满了炙热的岩浆,外面则包裹着一层薄薄的黑色岩石,就像漂浮在池塘表面的那层浮萍。
来自地底的炽热光芒从地表的裂缝中透射了出来。
而被抛入空中的尘埃,则将白昼涂抹成了漆黑的夜晚,这就是地球46亿年前的样子。
不过,数百万年以来,这种碰撞已经发生得越来越少了。
为什么呢?这是因为宇宙中没有能被吸附而拥有“自由身”的物质已经越来越少。
理所当然,在这样的情况下,地球表面的温度也就越来越低,于是地壳便形成了。
火山的喷发将大量二氧化碳和水蒸气释放到了空气中,而在此之前,空气中的主要成分是氢气。
水蒸气在空气中汇集起来,形成雨降落至地表,很快把将已经冷却坑坑洼洼的地表填充满。
来自太阳系之外的彗星所携带的冰,则为地球补充了更多的水。
到大约44亿年前,地球的表面完全被温暖的海水所覆盖,并频繁遭受着雨水的袭击。
在大约42亿年前,陆地出现了,这时的陆地主要分布在地表、露出海平面的火山口的边缘处。
相比于今天,刚形成之初的月亮当地球很小时,它的模样与今天我们看到的可完全不同,其间的差距,就如同地球之与火星。
与地球之间的距离要更近一些,因而那时的潮汐也更加得凶猛。
小行星的侵袭将海水激起巨大的潮汐波,使陆地陷落成为海洋。
空气中大量的二氧化碳渐渐被海水所吸收和溶解。
随着空气变得渐渐稀薄,天空开始放亮了。
地球上的海水不断地蒸发,越来越多的岩石暴露了出来,从而形成一块块斑驳的陆地。
大约在34亿年前,广阔的陆地分散于海洋之中。
在30亿年前,地球上最早的植物出现了,并开始向空中释放出氧气。
然而,在空气中的氧气含量达到今天的21%前,又花去了10亿年。
植物通过光合作用释放出可供动物呼吸的氧气,为地球上生命体的扩散创造了条件——生命的扩散始于7亿年前左右。
也幸好有了这些植物,今天的我们才得以了解这些信息。
而其他的,正如有些人所说,已经化为了历史。
相比于今天,刚形成之初的月亮当地球很小时,它的模样与今天我们看到的可完全不同,其间的差距,就如同地球之与火星。
与地球之间的距离要更近一些,因而那时的潮汐也更加得凶猛。
小行星的侵袭将海水激起巨大的潮汐波,使陆地陷落成为海洋。
空气中大量的二氧化碳渐渐被海水所吸收和溶解。
随着空气变得渐渐稀薄,天空开始放亮了。
地球上的海水不断地蒸发,越来越多的岩石暴露了出来,从而形成一块块斑驳的陆地。
大约在34亿年前,广阔的陆地分散于海洋之中。
在30亿年前,地球上最早的植物出现了,并开始向空中释放出氧气。
然而,在空气中的氧气含量达到今天的21%前,又花去了10亿年。
植物通过光合作用释放出可供动物呼吸的氧气,为地球上生命体的扩散创造了条件——生命的扩散始于7亿年前左右。
也幸好有了这些植物,今天的我们才得以了解这些信息。
而其他的,正如有些人所说,已经化为了历史。
7亿年前“雪球地球”或仍有生命存在
不过,英国和澳大利亚等国科学家近日在澳大利亚发现了“雪球地球”时期仍然有生命存活于海洋之中的证据。
科学家们认为,某些微物种形态的生命逃过了这场冰雪灾难。
来自英国和澳大利亚的研究人员在南澳大利亚的弗林德斯山脉地区发现了海洋沉积物证据,这些沉积物清楚地表明这里曾经是一片狂躁的海洋。
科学家们认为,即使是在“雪球地球”时期,这片狂躁的海洋仍然不平静,里面仍然有微物种生命形态存在于其中。
科学家们认为,这些沉积物应该追溯到大约7亿年前的斯图尔特冰期。
斯图尔特冰期是与“雪球地球”假设相关的两大冰期之一。
这些沉积物证明,在斯图尔特冰期,海洋中仍然存在着一些小片的开放水体,其中或许就支柱着微物种生命形态的存在。
“雪球地球”假设认为,地球所有的陆地和海洋都几乎完全被冰雪所覆盖。
英国伦敦大学皇家霍洛威学院科学家丹-李-赫伦领导了这项研究。
赫伦表示,“这是首次,我们发现了非常清晰的证据,证明海面之上暴风雪当时也在影响着海床。
这就意味着,在当时的雪球地球上仍然有小块的海洋水体没有被冰雪覆盖。
在水成岩中,我们发现了一种非常特别的构造,即丘状交错层理。
这种构造只可能是在这种情形下形成的:暴风掀起的巨浪将海床的沙子卷起,然后又来回翻滚,最后形成了一层沙岩层。
”