水並不是地球特有的物質，那麼海洋和海水的起源在哪裡？

海洋是覆蓋在固體地球圈層之上的水圈一部分。中國先賢面對遼闊無垠、水天相連、蒼茫晦暝的海洋，認為中國位於世界的中心，四面環海，便有「四海說」；從而萌生海洋支撐整個陸地的思想，再聯繫到海洋的博大浩瀚，只有「天」才能與之相合，進而提出「渾天說」。「水」不僅承載了「地」，而且支撐著「天」，「天」與「地」都靠水的浮力而存在。可見，海洋在先賢的宇宙理論中地位及對海洋的重視程度較高。同樣，水在現代地球科學中也具有重要意義。

水不僅是生命不可或缺的重要保障，而且作為地球最大的水體———海洋也是地球區別於其他行星的顯著標志。現今地球上的水作為重要的介質或地質流體，影響著深俯衝地殼的脫水、礦物相變、板片熔融、地幔交代與熔融、岩漿分離與結晶、火山噴發或溢流、岩石變形、深源地震等(李三忠等，2015b)。

迄今，地球擁有13.7×10⁸ｋｍ^３的液態海水。科學家早期認為海水是火山噴發釋放的水長期積累的結果，但火山岩中含水量不到5％，即使地殼中火山岩中的水全部釋放也不到目前海水量的50％，而且海水中含有火山岩中很少有的元素，如Cl、Na、K、Br、S、B、I、Bi、Ra等。因此，有學者提出海水是大氣中冷凝出來的，但目前大氣中含水蒸氣僅為海水量的十萬分之一。第三種觀點由美國物理學家弗蘭克(1968)提出，認為海水來自冰彗星雨，但冰彗星體積小，與地球接觸機會少，這種解釋也存在很多的不合理性(呂炳全和余漢拋，1990)。

目前科學家已經證實，通過對太陽系和宇宙分析，水並不是地球特有的物質。在宇宙空間，存在形成水的化學反應。星雲物質中主要由H₂(77％)和He(22％)組成，在高能宇宙射線的作用下，根據離子－分子反應法則，它們將發生一系列化學－核反應，形成包括水在內的許多元素和化合物(呂炳全和余漢拋，1990)。因而，水以多種形式大量存在於星際物質和太陽系中。在地球形成初期，原始宇宙物質通過渦流和凝聚作用聚集起來，地球在不斷運轉中使得以Fe、Ni為主的重元素向地心下沉，形成原始地核，另一些輕元素上浮形成硅酸鹽原始地幔，並最終演化出原始地殼。水屬於輕物質，自然聚集到地球表層。地球表層存在液態水，是因為地球正好處於太陽系中的宜居帶，正好是水以液態存在的溫度範圍，因而通過不斷的水聚集事件，形成水圈。

如果地球遠離太陽一點，則地球上液態水可能凍結，相反，如果靠近太陽一點，則地球上的液態水可能蒸發殆盡或以離子態、氣態形式存在。可見，地球水圈的形成是由星雲物質中的水在地球形成過程中直接聚集而來，這也得到以下事實的佐證：

①海水和宇宙中元素的化學狀態基本一致，如海水中主要成分H、O、Na、Mg、Cl、K、Ca等元素以H₂O、Na^＋、Mg^２＋、Cl－、K＋、Ca^２＋等狀態存在，這些元素的化學狀態同樣存在於宇宙中，共同點是重元素少、輕元素多，不同點是海水中He早已在早期大氣中逸散，而Na、Mg、Ca以極性分子大量存在；

②海水中含鹽量高，標準鹽度約3.5％，主要有Na、Mg、Cl、K、S和I等元素，這些元素在海水中丰度很高，它們並非是來自岩石風化的產物，而是與星際物質中的一致。所以，海水中鹽類以原始狀態存在至今，雖然經歷了漫長的由地史時期火山噴發導致的水、大氣電離層的離子水、彗星水的補充，但海水的基本性質沒有改變。

水、大氣圈和海洋的起源早於陸殼和洋殼的分異。關於最早的水的最可靠直接地質證據是來自最老鋯石的氧同位素，它表明水在40億年前就在原始地球表面穩定存在(Condie,2011)。水作為生命起源的必備條件，歸納起來有自生說和外生說。

自生說包括５種：

①早期地球因重力分異作用分化出了圈層，氫、氧氣體上浮到地表，再通過各種物理及化學作用生成水。

②在玄武岩溢流後冷卻形成原始地殼的過程中冷凝出的水。

③地球深部岩漿中富含的水。

④火山噴發釋放出大量的水。

⑤原先一些礦物中的晶格水或結晶水在原始地球變熱且部分熔融時，地球內部礦物脫水分解出部分水，水釋放出來並隨熔岩運移到地表，大部分以蒸氣狀態逸散，剩下的在漫長的地史進程中逐漸匯聚成洋；或者火山噴發釋放出的CO、CO₂等氣體在高溫下與氫作用生成了水。

外生說包括：

①球粒隕石大約佔太陽系所有隕石總數的86％，球粒隕石含有一定量的水，含水量一般為0.5％~5％，有的高達10％以上，特別是碳質球粒隕石含水更多，所以它們在衝擊地球過程中帶來了水。

②太陽風到達地球大氣圈上層，帶來大量的H、C、O等原子核，這些原子核與大氣圈中的電子結合形成氫原子、碳原子、氧原子等，經不同的化學反應形成水分子。然後，這種水以雨、雪的形式落到地球上。

按照早期的星雲說，約45.6億年前地球起源於混沌，即源於宇宙中的一團「氣」(H和He)。但是，按照現代地球科學和宇宙學理論，地球上的物質可能起源於超新星爆發，最初的原始大氣主要成分是H和He，在初始強烈的太陽風作用和地球引力較小的情況下，原始大氣很快就消失了，並進入次生大氣演化階段。在4567Ma到最古老岩石的4000~3800Ma稱為地球的冥古宙或黑暗時期，初生地球連續不斷受到隕石和其他墜落物衝擊。隕石在衝擊地球的過程中使得岩石地幔熔化，並有部分蒸發，乃至形成硅酸鹽大氣圈(Stevenson，1987；Canup,2004)。如果事實如此，液態地幔可能出現在地表，大氣圈可能主要為岩石蒸氣，頂部蓋有溫度高達2500K的硅酸鹽雲(Zahnle,2006)，它們形成一團渾濁之氣，厚厚地覆蓋在地球表層，「輕者上浮，濁者下沉」，形成次生大氣。地球表面因衝擊而融化形成高溫泥狀岩漿。隨著原始地球逐步增長並達到現在大小規模，隕擊次數逐步減少，地球表面溫度逐步降低，硅酸鹽雲可能冷凝，變成熱「雨」傾盆而下，大概按照每天1ｍ的速度流動。由於硅酸鹽以「雨」的形式排出，氣體化合物———特別是CO₂、CO、H₂O、H₂，以及N₂、惰性氣體和適度的揮發性元素，如Zn和S，將變得越來越多。

圖１初生地球的陸塊、岩漿海分布

資料來源: http://www.hudsonfla.com/westprehistory.htm

實驗表明，進一步的冷卻到約1700K時，熔化的硅酸鹽開始結晶，大約在1400K時將完全變為固體，地球表層出現薄層固結地殼，而未固結的部分形成低洼的岩漿海(圖1)。岩漿海的冷卻是個複雜過程，這個過程大概需要兩百萬年(Zahnle,2006)，岩漿不斷刻飾著固結的「陸地」，使得低洼地帶越來越寬、越來越深，最後這個低洼地帶的岩漿海也逐漸冷卻固結，並將其中的大部分CO₂和H₂O排放到大氣中，形成原始的大氣圈。但它有多厚目前還不知道，不過至少要比現代的大氣層厚幾百倍(Zahnle,2006)。長時間積累的地表溢出的熱量、CO₂和H₂O等，使得大氣層中出現「失控」的溫室氣體狀態，減緩了熱量損失的速度?此時，月球對地球的潮汐也減緩了岩漿海的冷卻(Zahnle et al.,2007)。原始的海洋不同於現在的大洋，現在的大洋有大洋岩石圈地幔作為海底，原始海洋的海底就是原始地殼(不分洋殼和陸殼)，而且沒有岩石圈地幔，也沒有板塊構造(Hamilton,2013)。

一旦地表冷卻到500K，原始大氣圈的CO₂分壓約為100bar，大氣溫度降低，濕度增加，幾乎所有的水分將以酸雨的形式從大氣層中排出，凝聚形成雨水，在氤氳蔽日的黑暗天空中，出現現代意義上的傾盆大雨，在低洼地表形成巨大的原始酸性並缺氧的海洋(圖1)。最老鋯石的氧同位素研究也表明，許多鋯石形成於與液態水反應的混合岩漿熔體中(Wilde et al.,2001)。不管水溫是273K，還是500K，鋯石都是穩定的，表明海洋可能出現於4400Ma以前。