不需要小行星撞擊,地球在地幔深處能製造出自己的水!

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地球可以自給自足。

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地球上的生命依賴水的存在,但儘管水涵蓋地球表面大約70%,科學家從未真正確定水都從哪裡來。

雖然普遍的看法是,冰冷的小行星或彗星在數十億年前以壯觀的碰撞可能為地球帶來了水,填滿了海洋。但一項新研究顯示,地球的內部區域一直都有製水所需的原料,隱藏在地下深處。

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根據新的電腦模擬,發生在地幔上層的化學反應,就在地殼正下方,可以在適當(解讀為:極端)條件下,從頭開始產生水。

來自加拿大薩斯科其萬大學(University of Saskatchewan)的物理學家John Tse告訴新科學人雜誌(New Scientist):「這是水能夠在地球形成的一種方式。」

「我們認為在地球的自然環境中形成水是有可能的,而不是來自於地球以外。」

有可能的理由是因為石英,一種矽土(也稱為二氧化矽)常見的形狀,大量遍及於地殼和地幔。

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石英實際上是非常穩定的。但在地幔上層,從地殼向下延伸到大約410公里(250英哩)的深度,足夠的熱量和壓力能夠誘使石英發生化學反應。

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具體來說,模擬顯示一旦深入到地幔上層,到達攝氏1,400度(華氏2,552度)和大於2萬倍大氣壓力,石英會與液態氫反應,產生矽烷(silicon hydride)和…液態水。

Tse告訴在新科學人雜誌的安迪‧寇格藍(Andy Coghlan):「只要能夠持續供應氫,就可以推測這個過程形成的水,可能是地球早期積水期間其中的一個水的來源。」

回溯到2014年,雖然一個日本科學家團隊在實驗室進行這個過程的實驗,但是Tse的團隊提出自己一些驚人的研究成果。

當他們模擬這個反應時,液體水沒有以科學家所期待的方式形成:是在石英晶體內產生,而不是在預期的表面上產生。

Tse說:「我們建立一個非常接近[日本]實驗條件的電腦模擬,然後模擬反應的過程。」

「氫液體擴散通過石英層,但最後不在石英表面上形成水,而是在大部分的石英內,我們分析被困住的水的密度和結構,然後發現它是高度被加壓的。

因為一旦形成,水就無法從石英逃脫。這個受困的水,研究小組估計是低於20萬大氣壓力,可能會在地下造成強烈意想不到的地震活動。

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Tse說:「我們觀察到水處於高壓狀態,這可能會導致誘發地震的可能性。」

「然而,需要進一步的研究,來量化觸發深層地震所需的釋放水量。」

雖然基於反應的地震現在依然是假設,但這項研究成果可以為地質學家提供一個新的提示,來解釋不符合一般類型的強大震動,並有助於了解更多有關地幔內的活動

發生在地殼深處的地震:由地殼和上層地幔所組成的地層,在過去困擾著地質學家;而石英反應可能有助於解釋這些震動。

沒有參與這項研究的英國地質調查局(British Geological Survey)執行董事約翰‧陸登(John Ludden)說:「超壓水的形成和釋放,可能是地殼深層的超深度地震重要的觸發。有時就位在地殼以下,以及在深層大陸板塊較更堅硬的部分。」。

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但儘管這些研究人員聲稱他們的研究成果「對於地球水源的基本地球科學問題是有含意的」,陸登表示,直到我們了解更多有關這些石英反應實際產生的水量之前,它可能只是很小的量。

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所以這意味著目前的冰彗星假說仍然是所知地球生命最可能的解釋,直到未來的研究可以對這個持續發展的謎,給我們一個更清楚的答案。

陸登說:「假設大部分的水是這樣來的,我認為這是合理的。」

這項研究成果報導於地球和行星科學通訊(Earth and Planetary Science Letters)

來源:ScienceAlert