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地球上的水,到底是哪里來的?
2023/08/17

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水,無色、無味、無臭,卻是所有生命存在的基礎。您知道嗎?大約75%的地球表面是被水覆蓋的,而人體也含有約60%的水分。它不僅是維持我們生命的重要元素,而且在地質、氣候以及全球生態系統中都發揮著不可或缺的角色。


在最初,當生命剛剛開始形成時,水就是那為微小生命體提供居住之所的生存環境。它作為溶劑,為生命的化學反應提供了場所,從而使得各種有機物質能夠互相作用,進而形成生命的基礎。

此外,水還是地球氣候系統的核心組成部分。通過蒸發、降雨和雪的形式,它構成了我們所熟知的水循環,維持了地球上的生態平衡。而且,水的存在也影響著地球的溫度。

廣袤的海洋,作為地球上的一個巨大的熱量儲存器,調節了全球的氣候,使得生命得以繼續。

但是,這麼重要的水,它是從哪里來的呢?是不是像我們小時候經常聽到的童話,由某位神祇為地球倒上的呢?還是有其他的科學解釋呢?讓我們一起開始這次探索之旅,了解地球上的水究竟是如何形成的。


宇宙中的水源——原始的星塵與冰塊

當我們談及宇宙,我們首先想到的可能是深邃、幽暗、干燥的空間,星星點點的恒星和行星。然而,你或許不知道,宇宙中其實充滿了水的存在。

太空中的水很大程度上以冰的形式存在。事實上,水在宇宙中并不少見。根據天文學家的觀測,某些星云中含有豐富的水分子,這些星云就像巨大的「水罐」

,散布在宇宙的各個角落。由于溫度極低,這些水大多以冰的形式存在。這些水冰隨著星云的聚集,逐漸形成了行星、彗星和小行星。

除了星云,許多彗星的核心也主要由冰和塵埃組成。這些彗星在接近太陽時,冰開始融化并釋放出水汽,形成一道明亮的彗尾,這也是我們能在地球上看到彗星的主要原因。

那麼,這與我們的地球有何關系呢?根據現代科學的理論,地球形成于大約46億年前。最初的地球是一個炙熱、干燥、充滿火山活動的地方。在這樣的環境中,水是如何出現的呢?一種廣為接受的觀點是,地球在形成過程中,由于引力的作用,吸引并碰撞了大量的冰塊和小行星,這些冰塊和小行星帶來了地球的初始水分。

此外,地球本身的形成過程也可能產生水。當太陽系的原始物質逐漸凝聚時,由于化學反應,其中的氫和氧結合形成了水分子,這也為地球的早期環境帶來了水。


彗星與小行星:為地球帶來的初級水供應

當我們想象彗星,我們可能會想象到一顆帶著明亮尾巴的「星」,在夜空中快速劃過。事實上,這些閃亮的天體在地球的歷史上扮演了非常重要的角色,特別是在為我們的藍色星球帶來初步的水供應方面。

彗星,由大量的冰、塵埃和巖石組成,當它們接近太陽時,冰會受到太陽的熱能而蒸發,形成了那明亮而長長的彗尾。據估計,地球在其早期形成的數億年里,遭受了大量彗星和小行星的撞擊。這些撞擊不僅帶來了冰和其他物質,而且釋放了巨大的能量,加熱了地球的表面,使得冰融化,成為了我們熟悉的液態水。

但是,僅僅通過彗星和小行星的撞擊來解釋地球上的所有水并不完整。科學家曾對一些來自太空的彗星進行了詳細的分析,特別是它們所含水的氘-氫比例。通過這些數據,他們發現這些彗星上的水與地球上的海洋水并不完全匹配。這意味著,盡管彗星為地球提供了一部分水,但仍有其他來源。

彗星帶來的不僅僅是水,還有許多有機物質,如氨、甲烷和乙醇。這些有機物質在地球的早期可能為生命的起源提供了必要的原料。

除了彗星,小行星也被認為是地球早期水的另一個來源。與彗星不同,小行星的組成更加巖石,但它們中的某些仍然含有大量的水。隨著太陽系的演化,一些水分子富集的小行星可能也撞擊了地球,為我們的藍色星球增添了水份。


地球內部的「隱藏」水:地幔的秘密

許多人可能會認為,地球上的水都存儲在地表,如河流、湖泊、海洋和冰川。然而,這只是冰山一角。令人驚訝的是,地球的內部,特別是地幔,也藏有大量的「隱藏」水。

地幔是地球的第二層,位于地殼之下,核心之上。

它由固態的巖石組成,但在高溫、高壓的條件下,這些巖石中的礦物質能夠「囚禁」水分子。

如何確定地幔中存在水呢?這要歸功于一種叫做「環橄欖石」的礦物質。環橄欖石能夠在其結構中固定水分子,而這種礦物質在地幔中相當豐富。通過對深地震波的研究和實驗,科學家們估計地幔中可能存在的水量與所有海洋的容量相當,或者甚至更多!

那麼,這些「隱藏」的水如何影響我們的生活呢?首先,它們在地球的板塊運動中起到關鍵作用。水可以降低巖石的熔點,使其更容易流動。因此,地幔中的水對地殼的板塊移動、火山活動和地震都有深遠的影響。

除此之外,地幔中的水也可能與地表的水循環相互關聯。在特定的地質事件中,如板塊的下沉,地殼中的水可能被帶入地幔。與此同時,火山活動可以將地幔的水釋放到地表。

此外,這也意味著,地球在形成之初,不僅僅是通過外部撞擊得到水,地球內部的化學反應也可能產生了水。


水循環:大自然的持續補給

當我們談到水,我們經常想到的是河流、湖泊和海洋,以及天空中的雨水和雪花。這些現象是大自然一個巧妙的循環系統——水循環的表現。

簡單來說,水循環是地球上的水通過蒸發、凝結、降水和流動在大氣、地表和地下之間循環的過程。這是一個不斷的、永恒的過程,確保了地球上的水資源得到持續的補給。

首先,受太陽輻射的影響,海洋和淡水表面的水蒸發成為水蒸氣。植物通過一個過程叫做蒸騰,也向大氣中釋放水蒸氣。隨后,當水蒸氣在大氣中冷卻下來,它會凝結成小水滴或冰晶,形成云朵。

當這些水滴或冰晶聚集到一定的大小,它們就會以雨、雪、霧或露的形式落到地面。這就是我們熟悉的降水。一旦降落到地面,這些水要麼流入河流和湖泊,要麼被土壤吸收,并成為地下水。地下水可能在某個時刻再次涌出地表,進入河流,或者通過井等方式被人們利用。

最終,大部分水都會流入海洋,從而完成了整個循環。

在這個過程中,地球的水不增不減。這意味著我們現在使用的每一滴水,無論是從冰川、河流還是深井中得到的,都可能曾經流經恐龍的口中,或者滋潤過古代文明的農田。

這也意味著,盡管地球上的水資源是有限的,但只要我們合理利用,它就能為未來的幾代人提供持續的供應。


地球外的水:尋找外太空的水源

當我們回顧地球上的水源,我們可能會自然地好奇:在這浩渺無垠的宇宙中,還有哪里存在水呢?事實上,水不僅僅是地球的特產,它在太空中也是相對普遍的。

首先,我們先來看看我們的鄰居——太陽系內的其他天體。月球,盡管看起來是一個干燥的、無生命的天體,但近年的探測結果顯示,在月球的一些永久陰影區域,如南極的一些隕石坑內,存在冰的痕跡。

這些冰可能是太陽風或彗星撞擊帶來的。

再遠一些,火星,一顆被稱為「紅色星球」的天體,也藏有水的秘密。火星的極地覆蓋有冰層,這些冰層中既有冰凍的二氧化碳,也有冰凍的水。此外,根據火星車和軌道器的探測,火星的土壤中也含有水分。曾經,火星上可能存在流動的河流和湖泊。

除了月球和火星,太陽系中的其他天體,如木星的衛星歐羅巴,土星的衛星泰坦和土星的另一顆衛星恩塞拉都有跡象顯示存在水或水的形式,如氨或甲烷。

更為驚人的是,除了太陽系,科學家們還在很遠的太空中,特別是在某些外部行星的大氣中,探測到了水蒸氣的跡象。這為尋找生命的可能性提供了線索。

水,這個簡單的化合物,由兩個氫原子和一個氧原子組成,似乎在整個宇宙中都普遍存在。其廣泛的分布使我們重新思考生命的起源和生命存在的可能性。


總結:水的神秘起源與人類的探索

穿越了水的歷史和地理,從地球表面的河流和海洋到遙遠星系中的外行星,我們深入了解了這種看似普通,卻充滿神秘的物質——水。水不僅是生命的搖籃,也是宇宙中的常客。它的存在、來源和分布,都引發了我們對生命、宇宙和未來的思考。

我們已經了解了,地球上的水有多重來源:從古老的彗星與小行星撞擊,到地幔中的隱秘儲藏,再到自然界持續的水循環,每個環節都充滿了科學與奇跡。這不僅僅是一段自然史,更是一部地球和宇宙之間的史詩。

與此同時,我們對宇宙中的水的發現,為我們提供了對外太空生命存在的線索和希望。水,作為生命的基本要素,在太空中的廣泛分布意味著,生命可能不僅僅是地球的特有現象。

但是,回歸到地球,我們也應該認識到,雖然水循環是一個自然的補給過程,但在人類過度開發和污染的影響下,干凈的淡水資源正逐漸減少。了解水的來源和循環,應該更加引導我們珍惜和合理利用每一滴水。

在未來,隨著科技的進步,我們可能會對水的奧秘有更深入的了解。或許有一天,我們不僅可以確認外太空的生命存在,還可以發現水的其他神秘功能。但無論如何,對水的敬畏和珍視,都將是我們永恒的主題。

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