地球上的水到底從哪來的？科學家發現，小行星可能並不是答案

對我們來講,這個我們天天喝的水,它到底是怎麼來的? 按照目前的行星形成理論,地球本來是不該有水的 因為在太陽系的形成初期,靠近太陽的地方溫度極高,所以水是根本留不住的 你看離太陽最近的水星,至今還是一顆荒蕪的岩石星球 火星雖然可能曾經有過海洋,但最後也變成了一片乾燥的塵土世界 可奇怪的是,地球卻完全走向了另一個結果 如今的地球70%的表面被水覆蓋,海洋,河流,暴雨,冰川 水幾乎塑造了我們看到的一切 可它的來源至今依然是科學界最大的謎團之一 那這些水究竟是彗星從天而降帶來的,還是從地球內部釋放出來的? 又或者它來自一個地球還不存在的遠古過去呢? 要講清楚水的來歷,我們得先看看太陽系裡的其他行星 因為內太陽系本來就是一個屬於岩石和火焰的地方 先看離太陽最近的水星,那裡幾乎就是一塊被烤焦的岩石 沒有大氣,也沒有海洋 再往外一點是金星,它的環境更極端 濃厚的大氣把熱量牢牢困在表面,讓它變成了太陽系裡最熱的行星 曾經可能存在的水也早就在數十億年前蒸發進了太空 再看火星,那裡如今只剩下一片被紅色塵土覆蓋的荒涼世界 而水大多以冰的形式被封存在兩極冰關裡 對比之下,地球就顯得非常特殊了 至少以目前的人類觀測來看 地球是唯一一顆能讓水長期同時以氣態、液態和固態穩定存在的星球 而且這裡的水多到有些不太合理 地球表面擁有超過13億立方公里的水 它們填滿了深達11公里的海溝塑造出今天的江河湖海 也流淌在每一個人的身體裡 但問題就在這裡 按照傳統的行星行程理論 地球其實根本不該擁有這麼多的水 為了弄清這些水為何會出現在這裡 我們就必須先看看那條將太陽系一分為二的隱形邊界 天文學家把這條冷熱分界線叫做冰線 也叫雪線 你可以把它理解成冬夜裡的篝火 靠近火堆的位置 積雪根本存不住 只會不斷地融化 可只要距離稍微遠一點 溫度降下來 雪就能穩定地堆積 冰線大約位於火星與木星軌道之間 冰線以內是乾燥的石頭世界 包括水星、金星、地球和火星 而冰線以外 則保留了大量凍結成冰晶的水 並逐漸形成了彗星、冰衛星 而地球偏偏就形成在冰線內 這樣一片乾燥的區域裡 所以你今天看到的海洋 理論上其實是一個本不該存在的東西 時間回到45億年前 那時的太陽系才剛剛形成 天空中到處都是高速飛行的岩石和碎片 它們不斷撞向年輕時候的地球 而每一次撞擊都釋放出巨大的熱量 隨著撞擊越來越頻繁 地球也開始變得越來越熱 整個星球逐漸進入了熔融狀態 大量的巖漿不斷被翻湧到地表上 而劇烈的火山活動 把各種氣體持續不斷地噴向天空 整個大氣層都被火山氣體所覆蓋 地表溫度也始終居高不下 在這樣的環境裡 液態水從物理上就不可能存在 即便那時候的岩石裡曾經含有水分 也根本留不下來 因為撞擊產生的高溫 會把這些水全部蒸發成水氣 然後再被猛烈的太陽風這些吹散到宇宙中 所以傳統理論認為 嬰兒時期的地球根本不該有海洋 它應該只是一個被熔岩覆蓋的高溫事件 這個時期也被稱為冥谷咒 冥谷這個詞來自希臘神話中的冥界 也就是死人的地下世界 可想而知那時的地球環境惡劣到什麼程度 但奇怪的是 如今的地球卻偏偏被海洋所覆蓋 這就意味著在後來的某個時間節點 一定發生過什麼事情 讓這個原本像地獄一樣的巖漿世界 慢慢變成了今天這顆藍色星球 就在地球即將冷卻下來的時候 宇宙又給了它一次致命的猛烈撞擊 將一切打回了原點 一顆名為推伊亞的原始行星撞上了年輕的地球 撞擊釋放的能量相當於數萬億顆原子彈同時爆炸的魅力 巨大的衝擊力把無數滾燙的岩石拋向了太空 在地球周圍形成了一圈燃燒的碎片魂 後來這些碎片慢慢聚集 最終形成了月球 而推伊亞的大部分物質也融入了地球內部 成為今天地球的一部分 但對於水來說 這場撞擊幾乎是一次毀滅性的清洗 碰撞產生的極端高溫 足以蒸發掉任何可能殘留下來的水分和大氣 哪怕那時地球表面已經出現過水窪 或是含水的潮濕岩石 也會在一瞬間被撤離抹去 撞擊結束後 太陽系進入了一段寂靜時期 隨著碎片逐漸散去 月球也開始穩定進入軌道 而地球則進入了漫長的自我修復過程 隨著熱量不斷向太空釋放 原本翻滾的巖漿海開始慢慢變暗 熔岩表面形成了第一層地殼 但那並不是什麼穩定的大陸 而是一層不斷破裂 又不斷塌陷回巖漿裡的黑色岩石外殼而已 整個地球看起來像一塊被燒裂的黑焦炭 這裡沒有空氣 也就沒有風聲 大海也還沒出現 只有岩石冷卻時發出了嘶嘶聲響 以及深層地幔傳來的低沉轟鳴 能承載海洋的容器已經形成 只是眼下依舊沒有水 它在等 在等一場太空快遞把水送到這裡 如果你已經看到視頻的這裡 覺得我講的故事還不錯 不妨訂閱一下我的頻道 加一個關注 這樣就不會錯過後續的精彩內容了 大約在39億年前 地球終於等來了那場改變命運的太空快遞 那時候的太陽系並不像今天這樣穩定有序 它更像是一場宇宙級的車禍現場 木星和土星這兩顆氣態巨行星開始遷移軌道 在引力的攪動下 無數來自外太陽系的小行星和彗星被甩向內太陽系 它們像暴雨一樣 瘋狂地砸向了年輕的地球 這一砸就是數千萬年 這段時期也被稱為晚期重轟炸期 但奇怪的是 科學家後來發現 這場看似毀滅性的宇宙級轟炸 反而很可能是地球海洋的真正起點 因為這些天體裡可能藏著地球最需要的東西 水 於是問題來了 到底是誰把海洋送到了地球 最早被懷疑的對象是彗星 這些被稱為宇宙髒雪球的天體 是太陽系黎明時期留下的古老殘骸 主要由凍結的氣體塵埃以及水冰組成 因此幾十年來 這一直是解釋海洋起源的主流理論 但科學要講究實證 光靠想像是遠遠不夠的 那想要驗證彗星是不是海洋真正的源頭 就要比對兩者的化學特徵 也就是通俗說的化學指紋 科學家後來發現 水其實也分普通版和特殊版 有些水裡的氫原子 會比普通氫多帶一個中子 這種特殊的氫就叫做氘 而不同地方形成的水 氘的含量也不一樣 這個比例就能幫助科學家判斷 這些水到底來自哪裡 誕生在什麼環境下 2014年 歐洲航天局的羅塞塔探測器 歷經了十年的星際航行 成功追上了67匹彗星 並釋放出了飛來著陸器 對彗星表面的水蒸氣進行實力檢測 結果一出 震驚了整個科學界 67匹彗星裡的重水含量 竟然比地球海水高出整整三倍 這意味著什麼 躺入地球的海水 大多是這類彗星帶來的 那海水裡重水的含量 就會明顯偏高 和我們如今實際檢測到的比例對不上 也就是說 那個彗星送水的經典理論就此破滅了 彗星或許帶來了少量的水分 卻遠遠填不滿整片汪洋大海 真正運送水源的其實另有其物 而這一次科學家的調查方向 也從遙遠的彗星 轉向了不起眼的岩石親戚小行星 更準確的說 這是一種叫碳質球粒隕石的古老宇宙岩石 它們外表就是普通暗沉的灰色石塊 沒有彗星那種長長的尾巴 也沒有閃閃發亮的冰層 可宇宙裡往往越普通的東西 越藏著祕密 這些隕石就像宇宙裡的海綿 內部礦物轉化為水化黏土 細膩的晶體縫隙 可以牢牢鎖住水分子 它的含水量最高能佔到隕石自身質量的20% 而更關鍵的是它們形成的位置 這類小行星誕生在火星與木星之間的小行星帶 那裡的溫度剛好能留存水分 卻又不會形成純冰 到了晚期中轟炸階段 正是這些含水的小行星接連不斷的撞擊地球 劇烈的碰撞產生了高溫 使得星體內部封存的水分釋放成水氣 散移到大氣層當中 水氣在此慢慢積攢起來 等到環境溫度逐漸下降 就凝結成雨水落在地面 這樣的水源補給整整持續了數億年 但故事講到這裡還沒有結束 近些年一個全新理論打破了傳統認知 地球或許從一開始就自帶水源 也就是內部起源假說 這個核心理論認為 最初形成地球的那些塵埃顆粒 可能並不像過去想像中那麼乾燥 即便在靠近太陽的高溫區域 依然會有少量水分子附著在岩石顆粒表面 並被鎖進礦物結構內部 如果這個理論成立 那就意味著地球從誕生的時候 就已經蘊藏著海洋 隨著引力不斷增強 塵埃聚合成岩石 岩石再聚合成行星 這些最初的水也被一路埋進了地幔深處 它們被困在地表之下幾百公里的地方 承受著高溫高壓 緊緊折伏 等待被釋放的那一刻 為了證實這個猜想 科學家必須模擬地幔深處的極端環境 他們用到了一種叫鑽石壓針的裝置 簡單來說 就是把一小塊礦物樣本 夾在兩顆鑽石相對的尖頭中間 再用力擠壓 模擬地底深處的巨大壓力 同時用激光營造高溫環境 這樣一來 實驗室裡就能模擬出 地下數百公里深處的極端環境 正是這項實驗 徹底改變了我們對地球的認知 在這種極端高壓下 礦物不會輕易的開裂或是融化 反而會改變自身的結構 就像是一塊石頭海綿 能把水分子牢牢鎖在裡面 從表面看 它還是一塊乾燥堅硬的石頭 但從化學角度來說 它已經吸飽了水 而證實這個祕密的關鍵證據 就藏在一顆特殊的鑽石裡 這顆鑽石是火山噴發時 從深層地幔帶上來的 科學家在它的內部 發現了一小塊極其特殊的礦物 零物德石 它只有在地下 400到600公里的地幔過渡帶 也就是上地幔和下地幔之間 才能形成 當科研人員對這份礦物樣本 進行檢測後發現 它自身含有1.5%的水分 別看這個含水量佔比不高 但地幔過渡帶的體積極其巨大 它幾乎環繞著整個地球的內部 哪怕這片圈層 只有一部分區域是這種含水礦物 那麼算出來的總量也足夠驚人 地底封存的總水量 足足相當於地表所有海洋水量的三倍之多 也就是說 我們今天看到的太平洋 大西洋和印度洋 可能根本不是地球上全部的水 真正最大的海洋 或許一直都藏在地下 它們並不是我們平時理解的液態海水 而是被鎖在熾熱岩石裡的固態海洋 它被深埋在地下400到600公里深處 藏在礦物的晶體結構裡 這些被鎖在地幔礦物裡的水 究竟是怎麼來到地表的呢? 推動這一切的原始動力是熱量 年輕的地球在地質上曾是一個極端狂暴的地方 內部不僅有放射性元素衰變釋放的熱量 還有行星形成時殘留的巨大能量 在這些能量的驅動下 地球上爆發了規模難以想像的火山活動 原本正在冷卻的地殼開始不斷開裂 滾燙的巖漿順著巨大的裂縫從地下翻湧而出 慢慢形成了遍佈全球的火山與噴發口 當熔融岩石從地幔中向上湧出時 壓力迅速下降 那些被牢牢鎖在岩石內部的水分 就在這個過程中被釋放了出來 變成了水蒸氣 所以那個時期的火山噴出的其實不只是巖漿 還有大量的水蒸氣、二氧化碳和氮氣 隨著這些氣體不斷的聚集 整個天空都被厚重的雲層所覆蓋 那些水分雖然已經離開了岩石 卻依然沒辦法真正落回地面 因為那時候的地球還是太熱 水蒸氣只能形成一層包裹全球的巨大蒸氣外殼 懸浮在星球上空等待落下的時刻 但在第一滴雨水降臨之前 地球還要繼續漫長的等待 那時的大氣並不是今天這種輕薄透明的空氣 而是一層由水蒸氣和火山氣體組成的厚重濃布 地表氣壓能達到如今的數百倍 再加上水蒸氣帶來的超強溫室效應 讓地表溫度一直居包不下 也正因如此 整個星球陷入了一段漫長的高溫停滯期 但冷卻終究還是開始了 隨著熱量不斷的向宇宙散失 高層大氣的溫度也終於跨過了那個關鍵的臨界點 那些因為高溫而劇烈運動了數百萬年的水蒸氣分子 開始慢慢減速、聚攏 在高空中形成了雲層 只是那並不是我們如今看到的蓬鬆白雲 而是覆蓋了整顆星球的黑色雷暴雲 然後那個改變地球歷史的瞬間終於出現了 第一滴雨終於在火山灰塵中凝結成形 它穿過厚重的水氣層 最終砸向了滾燙的黑色岩石地表 只是那時候的地表溫度實在是太高 水滴幾乎是剛一接觸到地面 立刻就會發出嘶嘶聲 然後就瞬間蒸發 再次返回空中 就這樣在很長的一段時間裡 地球一直在重複這個循環 下雨蒸發 再下雨 再蒸發 每一滴水都是在幫助地球降溫 一滴接一滴 直到某一天終於有一滴水落下來 再也沒有消失 那一刻也意味著乾燥的地球 就這樣徹底結束了 根據地質模型推測 大氣條件一旦達到雲界點 雨就會一直下 這場雨至少持續了上萬年 甚至長達上百萬年 這是一場規模恐怖的大洪水 但當時落下的還不是乾淨的淡水 而是溫度很高 帶有腐蝕性的酸雨 雨水穿過滿是二氧化碳的大氣層 形成碳酸 一邊沖刷岩石 一邊把山體 山谷裡的鹽分和礦物質 帶進低窪地帶 水順著地勢往下流 小溪慢慢匯聚成了大河 流進了遠古女石撞擊留下的大坑裡 一開始那還只是一些冒著熱氣的淺水坑 但雨始終沒有停下 就這樣 這些水坑彼此連通 加深 開始吞沒大片熔岩平原 滾燙的熔岩流入海水後 迅速冷卻 在海底形成了一層層 像枕頭一樣堆疊的黑色岩石 原本翻滾的巖漿世界 也逐漸被真正的海洋所取代 直到後來 當雲層終於開始散去 一縷陽光穿透那層厚重的大氣時 它照亮的已經不再是一顆燃燒了紅色星球 而是一個嶄新的世界 當地球真正擁有海洋之後 我們再來看它 那時的地球上也幾乎沒有真正的大陸 整個地球幾乎全是水 原始海洋覆蓋了地球95% 甚至99%的表面 真正露出海面的 只有一些不斷噴發的火山島 而且最早的海洋 也根本不是今天這種藍色 因為海水裡溶解了大量的鐵元素 所以整個海洋看上去是偏綠色 而且那時候的海水溫度也非常高 表面溫度甚至接近100攝氏度 還有天空也不是咱們現在看到的藍色 而是偏暗紅或者橙紅色 因為那時候大氣裡全是甲烷和二氧化碳 但最關鍵的是 那時候的海洋和今天完全不是一個性質 現在的海洋更像是一個穩定的生態系統 但最早期的海洋更像是一個巨大的化學反應池 海底到處都是裂縫和熱液噴口 大量的礦物和化學元素 不斷被釋放進海水裡 鐵、硫磷還有各種複雜化學物質 開始在海洋裡不斷循環 也正是在這種環境下 地球開始慢慢具備了孕育生命的條件 按照目前更主流的解釋 小行星和彗星撞擊帶來的水 更像是一種後期補充 並不是主要來源 而地球上的水是在地球形成的初期 就已經被鎖在了地幔過渡帶的岩石內部 後來隨著地球內部的熱量釋放 火山又把這些水變成水蒸氣 再次送上天空 在經過上百萬年持續不斷的全球暴雨 水氣落地匯聚成海 最終一步一步鋪滿了整顆星球