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科普 | 地球上的水來自哪里?

發布日期:2022-04-30??來源:科普時報??作者:石玉若??瀏覽次數:5
核心提示:圖片來源:視覺中國地球是太陽系八大行星中唯一被液態水所覆蓋的星球,那么地球上的水來自哪里?太陽系內有八大行星:位于小行星帶以內的水星、金星、地球和火星被稱為類地行星,位于小行星帶以外的木星、土星、天王星和海王星被稱為類木行星。類地行星有固體的表面,而類木行星為巨型的氣體行星,通常不一定有固體表面。類木行星含大量的水,因處于水冰線以下,


圖片來源:視覺中國

地球是太陽系八大行星中唯一被液態水所覆蓋的星球,那么地球上的水來自哪里?

太陽系內有八大行星:位于小行星帶以內的水星、金星、地球和火星被稱為類地行星,位于小行星帶以外的木星、土星、天王星和海王星被稱為類木行星。類地行星有固體的表面,而類木行星為巨型的氣體行星,通常不一定有固體表面。類木行星含大量的水,因處于水冰線以下,常呈冰的狀態存在。另外,在太陽系外層的柯伊伯帶和奧爾特星云,則被認為是富含冰物質的彗星儲庫。

太陽系是一個富含水的星系??茖W家們近年來通過對比太陽系內物質與星際間物質的氘與氫原子比值,推測太陽系里的水至少有一部分是從太陽誕生的環境中繼承下來的,因此要比太陽本身還要古老。

根據全硅酸鹽地球親石元素和高親鐵元素豐度,研究者們將地球模擬為三個獨立成分的混合:組分一為原始地球,由虧損揮發性元素和具有強還原性的物質組成;組分二為具有球粒隕石元素特征的撞擊者——忒伊亞小行星;組分三是后加入的類似碳質球粒隕石成分特征。各組分比例大約為硅酸鹽地球質量的85%、15%和0.4%。原始地球因處于強還原態,金屬鐵與礦物相里的羥自由基不可能大量共存,所以原始地球不可能是后來地球水的主要攜帶者;根據模型計算,后期的加入者碳質球粒隕石,只可能提供地球水總重量的2%~8%,所以組分三也不可能是地球水的唯一來源;因此科學家們推測撞擊者忒伊亞小行星可能是提供現代地球水的主要來源。

那么,忒伊亞小行星的主要成分是什么?頑輝球粒隕石、頑輝無球粒隕石與地球輝石和月球輝石樣品具有一致的氧同位素組成。

近年來,科學家們通過對比發現,頑輝球粒隕石、頑輝無球粒隕石與地球和月球樣品具有相似的鈦同位素組成,進一步證實了地球、月球與頑輝球粒隕石和頑輝無球粒隕石的親緣性。

頑輝球粒隕石與地球地幔具有相近的氫、氮同位素組成,并且發現頑輝球粒隕石中的氫含量遠大于此前設想,結合宇宙化學模型分析認為,地球上的水可能源自頑輝球粒隕石向地殼和地幔中釋放的氫,從而推測忒伊亞小行星是一個類似頑輝球粒隕石的撞擊者。

科學家推測基本模型是這樣的:在太陽系形成早期,原始地球產生于星子的增生,并發生了金屬核的分異。此時的地球嚴重虧損揮發性組分;具有類似頑輝球粒隕石成分的忒伊亞小行星撞擊地球,帶給了原始地球大量的揮發性元素,最終形成水;后期含高親鐵元素碳質球粒隕石的加入也提供了一部分水??梢?,現代地球上的水主要是由撞擊者忒伊亞小行星提供的。

月球通常被認為是忒伊亞小行星撞擊原始地球后形成的,那么問題來了,忒伊亞小行星帶給了原始地球揮發性組分,為什么月球相對地球卻虧損揮發性組分呢?科學家們給出的解釋是,在月球與地球脫離的過程中,由于月球質量只占地球質量的1.2%左右,地球的重力場吸引了更多的揮發性組分,另外在月球巖漿洋演化階段的去氣作用,也使月球相對虧損揮發性組分。(作者系中國地質科學院地質研究所研究員)

責任編輯:吳婷

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