這重大發現讓科學家們重新思考地球的水是從哪裡來

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 火山或是彗星?

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地球一直是一顆藍色星球長達38億年。古代的沉積岩層和岩漿冷卻成獨特的枕頭形狀,提供了不能否認的證據,證明液態水存在於地球表面至少有這麼長的時間

但考慮到星系中有多少個荒蕪的岩石,地球豐富的海洋引起所有這些水來自哪裡的問題。地球科學家持續辯論著兩個相互競爭的理論。

有人認為地球的水可能來自於小行星和彗星撞擊地球。但最近的研究加強了其他假設的情況,水一直是存在於地球地幔的岩石中,並透過火山爆發逐漸釋放到地表。

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但更重要的是要確定是哪種機制,這不僅可以讓我們更加了解地球的歷史,而且還有助於我們尋找能夠支持生命的其他行星。

1974年,科學家發現地球的地幔含有比你想像還要多的貴金屬,例如鉑(白金)。這些元素被自然地吸引到鐵,所以它們絕大多數在地球早期被拉到地球的鐵核心。

這導致這樣的想法,在地球動盪的嬰兒期過後不久,小行星撞擊地球,提供一層額外物質。

這種’後增薄層(late veneer)’可能不僅含有貴金屬,還包含’揮發性’物質,例如碳和水。這是已知存在於一種名為碳質球粒隕石(carbonaceous chondrites)的小行星類型。

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但最近的研究使得這種水捕獲假說似乎是非常不太可能。

2017年1月,一項研究顯示,地球地幔中的釕元素(一種喜愛鐵的金屬)類型與從太陽系外常見的小行星所發現的釕, 有不同的原子特徵。

釕原子特徵不同暗示著後增薄層是來自於揮發性物質稀少的太陽系內部。因此,這些小行星不是地球上的水的主要水源。

這擴大其他研究認為,在後增薄層形成之前,水在地球上是豐富的。

例如,有各種證據顯示,最早的陸地礦物(鋯石,zircon)的結晶化是來自岩漿源與液態水相互作用。這些礦物形成的時間是在41億年前到43億年前之間,但最後的後增薄層最常被認為是在大約39億年前形成的。

更重要的是,只是因為小行星攜帶水,並不意味著它可以成功地把水運送到地球。

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事實上,科學家現在相信,在早期猛烈的小行星撞擊時期,地球有可能是失​​去質量,而不是獲得質量;這種過程被稱為碰撞侵蝕(collisional erosion)或撞擊侵蝕(impact erosion)。

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這仍然是一個未經證實的假設。但在加拿大薩德伯里(Sudbury)隕石撞擊坑的一項最新研究,揭露出碰撞蒸發掉大部分揮發性金屬鉛的證據。這暗示像水這樣更容易揮發的物質也會在撞擊中失去,跑到太空去。

地球海洋可能非常早形成的最後一個線索是,地球上有比你所想像還要多的氯。

地球早期存在的液體水會溶解氯,因此有助於防止失去它,跑到太空去。

最後,不同於行星科學家,地球化學家長期認為,地球的海洋不是來自於捕獲冰冷的彗星,因為它們包含有不同數量的’重’氫。

從內部脫氣

所有這些證據認為,地球表面的水或是’液體水氣(liquid hydrosphere)’,實際上是藉由從地球內部的脫氣(degas)所累積形成的。

水是以困在礦物中的羥基(hydroxyl group,一個氫原子和一個氧原子)形式,存在於地球的地幔中;例如尖晶橄欖石(ringwoodite)

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當地幔岩石熔化時,水會溶解到岩漿裡。當岩漿朝向地表上升並冷卻時,壓力降低,晶體形成,然後水被釋放,並且以蒸氣形式經由火山爆發排出。

以這種機制,來自很深層的水可以脫氣到地球表面。

開創性的實驗成果顯示,在150公里到200公里(90英哩到120英哩)深度的礦物可能含有水。但是最近,實驗、模型製作和地震數據顯示,水也可能在地表以下深達400公里到660公里(250英哩到410英哩)的地方被發現。

來自於科學家研究鑽石晶體如何形成地下深層的最新數據顯示,水有可能被儲存在更深的地下。這個實際上來自地幔深層礦物的新證據,肯定使得地球表面的水來自地下深層的想法,似乎更為可能。

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但重要的是要知道水也可以循環回到地幔,這意味著在海洋中的水和儲存在地幔中的水之間有一個平衡,我們只能猜測還有多少水可能被鎖在這些深處。

我們的確知道的是,經過將近四十億年,海平面的平均水位相對於大陸陸地,一直保持著相對固定。

這個現象顯示水從地幔湧出並被吸收回地幔的持續循環,相當有助於生命在這個星球繼續穿越歷史。

「語音合成由賽微科技提供」

來源:ScienceAlert