地球上的水，究竟是從哪裡來的？

來 源：地調科普

微信號：didiaokepu

作 者：莫傑 彭娜娜

青島海洋地質研究所

本文榮獲「保護地球 精彩地質」科普作品大賽二等獎

關於地球上水的來源有各種各樣的說法。

陽光、水和氧都是一切生物維繫生命不可或缺的重要條件。

先讓我們了解幾個有關水的數字

（1）如果把地球上的水平均分配給全人類，那麼每個人得到的水大約為3億m3；??（2）每年各大洋共蒸發330萬億dm3（立方分米=1000cm3）水，地球上土壤蒸發63萬億dm3水，而每年的降水量只有100萬億dm3水，太陽每天造成1萬億dm3水蒸發；

（3）每人每天平均消費水量近300dm3，人體80%是水，一條魚80%也是水，一個西瓜98%都是水；

（4）人類維持生命首先需要的是氧氣，每人每天需要15dm3氧氣，而每人每天需要飲用2～3升水；??（5）工業化世界，各國有30%的河流、湖泊受到不同程度的污染，人類的飲用水不符合衛生標準；

（6）l地球上近90%的淡水沒有露出地表，它們滲透在土壤和保存在岩石中，或流淌在地下河裡，或積蓄在地下湖泊。

從上述的數字可見，地球上的水雖然是巨量，但可直接供人類飲用的淡水量卻很有限。世界各國均不同程度出現過「水危機」，特別是一些缺水國家的水危機給生產和生活帶來嚴重威脅，歷史上甚至為水而引發「戰爭」。

眾所周知，地球上海陸面積有「七分水、三分地」之說，也就是說陸地面積約1.495億km2，佔地球總面積的29.2%；海洋面積約3.61億km2，佔地球總面積的70.8%。然而，地球上海洋平均深度3795m，海水容積13.7億km3（重量137億億t），海水佔全球水量的97%。

那麼地球上如此巨量的水究竟是從哪裡來的呢？

是地球誕生之初就有，還是地球在其46億年漫長的過程逐年累月積聚下來，或是宇宙天體外部行星帶來的？

地球巨量海水

近百年來，近代科學家為「地球上的水，到底從哪兒來？」這個問題，從不同角度進行探討，用不同的科學方法去驗證。

目前比較有代表性的是「內源說」、「外源說」。不過這些說法都不同程度地缺乏充足的證據和令人信服的成因。

1 地球內源說

內源說，也稱自源說—地球上的水來自地球本身。地質科學家普遍認為，當46億年前地球形成的物質里就含有水。在初期一個高溫的岩漿球，當時存在著大量的活火山。這些火山不斷噴發，岩漿攜帶著水蒸氣散布到地球各處。當岩漿冷卻後，水蒸氣就凝結成雨水，降落到地球表面。這樣就開始了水的循環，水流向地表低洼處，就形成了湖泊、江河、海洋。

地球水循環

還有一種說法，在地球開始形成初期，其內部曾包含有非常豐富的氫元素，它們後來與地幔中的氧發生了化學反應並最終形成了水。

地球形成之初溫度很高，水或在高壓下存在於地殼和地幔中，或以氣態存在於地球上空大氣層中。後來隨著溫度降低，大氣中的水冷凝降落到地表；岩漿中的水也隨著火山爆發和地質活動不斷釋放到大氣，降落到地面的水彙集到低凹地方生成湖—河—海。數百萬年後，在海洋中聚集了產生生命的化學物質—甲烷、氫和水。這些水一直在地球上流動、循環，它維繫和保存了自然界一切生命。由於水的循環一直在凈化著水，人們才得以在21世紀的今天仍享用著6500萬年前巨型恐龍和其他動植物喝過的水。

科學家通過對地球內部構造和物質成分的詳細研究證明，地球上的水是從地殼內部分異擠壓出來的。

其證據是：

（1）幾乎每次現代火山噴發時，總伴有大量氣體噴出，其中水蒸氣約佔75%以上；

（2）地殼深部岩漿中都含有水分。在5000m深處岩漿中水的飽和度約為6%，在10000m深處達到10%，超過萬米，其飽和度更大；

（3）岩漿凝固結晶成的火成岩內，含有一定數量的結晶水，並且常見有原始水的包裹體；

（4）構成地球的原始物質球粒隕石中含有一定量的水分，含水量為0.5～5%，有些可達10%以上。

含在地殼內部岩漿中的水，在地球圈層分異過程中，被移向地球外層，並被擠壓向地球表面溢出，形成今天的汪洋大海。30億年前的地球表面溫度仍較高，被擠壓出來的水幾乎都是水蒸氣。經過大約6億年，當地表溫度降至30℃（與現在地表溫度相當）時，被擠出的水蒸氣冷凝成水滴，99%落到地表。這就是「地殼內部說」認為是地球上水的主要來源。

2 地球外源說

顧名思義，「外源說」認為，地球上的水來自於宇宙天體的行星，尤其是彗星和富含水的小行星。被譽為「臟雪球」的彗星，其成分是水和星際塵埃，彗星撞擊地球會帶來大量的水；而有些富含水的小行星墜落到地球上成為隕石，也含有一定量的水，一般為0.5～5%，有的可達到10%以上，其中碳質球粒隕石含水更多。

有科學家認為，外來水源者是太陽風，是指從太陽日冕向行星際空間輻射的連續的等離子體粒子流，是典型的電離原子，由大約90%的質子（氫核）、7%的α粒子（氦粒）和極少量其它元素的原子核組成。因此，科學家認為，地球上的水是太陽風的「傑作」。

近代科學家在探索宇宙空間過程中，發現「宇宙雨」，於是提出一種「宇宙之雨」說，認為地球之水來自宇宙太空雨。這種觀點正在引起學術界的爭論。其焦點是：海洋的起源和生命的進化，並非一定是地球自身的水圈形成的，而是「天外之水」—宇宙雨才是形成海洋的來源。

1996年2月，美國宇航局發射一顆「波拉」號衛星收集的資料證明，宇宙太空每天都有形如「雪球」一般的雲團物體降落到地球（圖3）。因此，一些學者認為地球上的水很可能是從天外宇宙空間供給的。

「波拉」號衛星收集的「雪球」

1997年5月，美國依阿華大學物理學家路易斯·弗蘭克博士，在一次學術會上宣布他的最新研究成果。他通過自己從「波拉」號衛星距地球960～2400km高空拍攝到的照片，展示他的研究成果—照片上這種直徑12m、重量在20～40t，主要由冰構成的外層包著一層碳物質的太空雪球，以每小時32000km的速度飛行，猶如隕石雨般撞擊地球大氣層後其殼層破裂，裡面的冰蒸發成水汽。弗蘭克說：「我還沒親眼目睹過這些東西，想不出一個恰當的名字來，只好暫時稱它為"雪球』」。?弗蘭克展示的確鑿圖像依據，使與會的大多數科學家信服了他的觀點。一位科學家說：「幾乎前我還是持懷疑態度的，現在我相信照片上的東西是真實的。」另一位科學家說：「非常令人信服。但太空帶來的水是否能填滿地球上的海洋，雪球的重量是否有40t重，還需要進一步確定證實。」

經過討論分析，科學家們認為，這些降落的雪球的距地球表面幾百公里高的地方相互撞擊，開始破裂、分解成雲團，甚至蒸發成水汽（破裂—分解—汽化），就源源不斷地向地球上降落水分。大約每1～2萬年，太空雪球向地球降落的水分量就可以使整個地球的海平面上升2.54cm。因此，弗蘭克認為，宇宙太空有大量的水在不斷降落，可以說是「宇宙之雨」。當地球誕生後，每天接納大量來自宇宙太空的雨水，所以地球上的海水很可能是來自太空。宇宙太空雪球內部含有大量有機物質，這就意味著地球上的生命起源也很可能與此有關，因而很值得人們去探索。

3 海洋之水從何而來?儘管地球之水的「地球內部說」和「地球外部說」都有不同的科學證據。然而，海洋遼闊無垠、浩瀚深邃，全球海水體積13.7億km3之巨，如此巨量之海水究竟從何而來？科學家一直在不斷探求這個至今難以解釋的問題。

關於這個問題，除了20世紀90年代最新的「天外之水」說外，在地球科學界比較流行的有4種說法。

海水來自地球原始大氣

幾十億年前，地球上的原始大氣經過多次凝聚而成海洋。照此假說推想，現在海水中所含該種原始大氣的成分應比現今所測得的更多，然而它與目前的數據相差懸殊。因此這種假說難以做出科學解釋。

海水由火山岩分解出來?這種觀點認為，遠古時代地球冷卻凝固時，原來的水分以化學方式結合在岩石之中。後來，由於這些岩石的分解作用，水分從中釋放出來而形成海洋之水。但實驗結果表明，火山岩含水分僅有5%，如果地殼中火山岩所含的水分全部釋放出來，也不及目前海洋中水量的一半，所以這種觀點也難以成立。??海水是漫長時間的積累

地球歷經幾十億年漫長的地質時代，海洋逐年累月、天長日久積聚生成。持這種假說者認為，海水是長期聚積而得，這一漫長過程並非是均勻的或連續的。水的來源渠道有熱液活動、熱噴泉、火山噴發等。除水以外，陰離子（如Cl和S等），均由火山活動而釋放。然而，目前的研究表明，火山活動是水及陰離子的來源，而陽離子主要來自火成岩（岩漿活動）的分解。這種多元說來源，比起單一種來源假說更充分有力。事實上地球內部的水分，也是通過多種途徑分解釋放出來的（圖4）。

地球深部岩漿噴發的水汽

來自太空由冰組成的彗星

最近美國科學家提出一個新理論：地球之水來自太空由冰組成的彗星。他們發現地球表面的水會向太空流失。因為大氣中的水蒸氣分子在太陽紫外線作用下，會分解成H和O原子。當H原子到達80～100km氣體稀薄的高溫層中，其運行速度會超過宇宙速度，於是脫離大氣層而進入太空消失掉。經推算，飛離地球表面的水量與進入地球表面的水量大致相等。但海洋地質學家發現，2萬年來，世界海平面升高了約100m。於是，地球表面水量不斷增多就成了難解之謎。

2003年10月，美國科學家從地球衛星發回的數千張大氣紫外線輻射圖像中發現，在圓盤狀的圖像上有一些小黑斑。每個小黑斑大約存在2～3min，面積約有2000km2。經過分析，這些斑點是由一些看不見的冰塊組成的小彗星沖入地球大氣層，破裂和融化成水蒸汽造成的（圖5）。科學家估計，每分鐘大約有20顆平均直徑為10m的冰狀小彗星進入地球大氣層，每顆可釋放出100t水。由此推論，地球形成至今46億年的歷史，由於這些小彗星不斷供給水分，從而使地球得以形成今日如此龐大的水體。

含水小彗星進入地球大氣層

上述的「內部說」或「外部說」都有它的一些科學根據，但同樣也存在某些不足之處，甚至難以令人信服的科學假說、觀點、理論。

地球如此龐大、地球構造又如此複雜，存在地球上的水，其來源不可能是單一，而是多種因素綜合而成。

地球僅是宇宙天體中一個「幸運兒」，她有自身的先天條件，加之天外「兄弟姐妹」的幫助補給，使地球擁有巨量的水，讓地球上這個人類家園和大自然界的動植物代代生存和繁衍，享用這份甘甜的「乳汁」。

編輯：礦語君，責編：謝濤。

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