地球之水哪裡來？（一）

07-17

地球上的水來自哪裡？對於天文學家來說，要回答這個問題，可以借用唐代大詩人李白的一句詩：「君不見，黃河之水天上來」——是天上的彗星撞擊給地球帶來了水。可是，地質學家卻另有自己的答案——是火山爆發給地面上送來了水。這兩家似乎都只訴說著自己的一家之言，無意否定另一家的說法。那麼，我們是否可以結合兩家之言，說地球上的水，既來自天上，又來自地下？

從地球的起源談起

無論地球上的水來自天上還是地下，我們必須要從地球的起源開始談起。

地球是隨著太陽系的形成而誕生的。太陽系形成於一個原始的太陽星雲，星雲的成分是氣體和塵埃。塵埃是多種分子結合構成的顆粒，包括很多水和水冰分子，氣體的主要成分是氫。

星雲是形成恆星的搖籃。星雲的物質分布不均勻，有些地方比較密集一點，物質越密集引力越大，於是形成一個凝聚中心，吸引周圍的物質不斷向它匯聚。隨著中心的物質越來越多，它的溫度也逐漸升高，溫度升高到700萬K的時候，就會觸發熱核反應，就是由4個氫原子核聚變成為一個氦原子核，在這個過程中會產生大量的光和熱。恆星演化進入了主序階段，形成一顆穩定的恆星。我們的太陽就是約在50億年以前，在一個原始星雲裡面形成的。

星雲里還有很多物質，這些物質在圍繞著中心質量旋轉，慢慢地凝聚起來，成為一個個小顆粒，這些小顆粒稱為星子。星子有的是石塊；有的是冰塊，也就是水。然後這些星子再進一步結合起來，形成了一系列行星，圍繞中心的恆星旋轉。我們的地球連同其它行星大約在46億年以前。

46億年前地球誕生以後，經過漫長的演化歷史，才成為我們現在這個樣子。地球演化在早期階段，經歷了三個過程：引力收縮、小天體撞擊和放射性元素的衰變。在引力收縮前，它的體積比現在的大，收縮後變得比較小了。在收縮過程中，地球的溫度增高，放射性元素衰變的過程也會產生巨大熱量，使地球增溫；小天體暴風驟雨般的轟擊也把地球加熱，這些小天體是一些原來沒有結合成行星的星子所構成的小行星或彗星。這三個過程使地球溫度升高了，成為熔融的狀態。

在熔融狀態下，地球里密度較大的物質，例如鐵、鎳、銅、金、銀等金屬就沉下去，沉到地球的中心。地球中心有一個鐵核，就是那個時候形成的。硅酸鹽密度較低，漂在上面，它的外層冷卻以後成為堅硬的地殼。地球在熔融狀態下經歷的這種重沉輕浮的變動稱為分異過程。地殼是由岩石構成的，內層岩石的主要成分就是硅酸鹽，至於外層岩石的成分則與火山噴發有關。

彗星之水與火山之水

地球在形成後的最初3到4億年里，由於太陽系裡面還有許多小星子沒有結合為行星，它們中一部分會掉落到地球上，這就是小天體撞擊。這些小天體主要是小行星和彗星。彗星本身主要是由水冰構成的。撞擊的結果就在地球表面形成密密麻麻的隕擊坑，也帶來了大量的水分。

地球上早期的隕擊坑，因為地球上空氣和水的循環流動，使它們遭受到風化作用，慢慢地侵蝕消失了。此外，地球上大規模的地質活動，如造山運動、冰川運動等，也使許多隕擊坑面目全非。現在，我們在地球表面也能發現一些隕擊坑，但是不多見了。一個著名的例子是美國亞利桑那州的巴林傑隕擊坑，這個隕擊坑的直徑有1200米，深度有180米。這次撞擊的歷史不長，估計是4萬年以前，所以還沒有消蝕掉。時代太遠的隕擊坑就看不到了。彗星帶來的水留在地球上，大海大江里的水有很大一部分是由彗星帶來的。彗星帶來的水形成了地球之水的一部分。

地球早期的時候地殼是很薄的，在小天體不斷撞擊它時，有的地方就破了。地殼破裂，地殼底下熔融的岩漿就噴發出來。所以在地球的早期曾經有一個很長的時期，那時有大量的火山噴發。到處都是一撞一個坑，緊接著就是火山噴發了。火山噴發，岩漿流從火山口洶湧冒出，使原始地殼的厚度迅速增加，改變了原始地殼的成分和結構，奠定了地殼外層的岩石基礎。

火山噴發的時候，除了流出岩漿，還釋放大量氣體，以水蒸汽為主，其含量常達60%以上，此外有二氧化碳、硫化物（硫化氫、二氧化硫等），以及少量一氧化碳、氫氣、氯化氫（鹽酸）、氨氣、氟化氫（氫氟酸）等。火山噴發的氣體量往往很大，如1912年阿拉斯加的卡特曼火山噴發的氣體中，僅鹽酸就多達125萬噸，氫氟酸達20萬噸。地球是由無數星子結合形成的，許多星子本身就是一個一個的水粒，它們都包裹在地幔裡面。地殼把地幔包起來，裡面很多水分，通過火山爆發釋放到地面。我們說水還來自地下，這個地下是什麼？就是說的火山爆發。火山爆發把水送出來。當然歸根結底還是從天上來的，本來在太空中的水，包含進地球裡面，到地殼底下去了。在我們看來，地殼底下的水通過火山爆發又被輸送到地面上來了。