原标题:地球上的水用了40多亿年,变少了没?科学家在一块岩石上找到答案
水是地球的血液,同样也是生命必不可少的条件,那么除地球之外,太阳系中其他星球有水吗?
水是碳基生物的根本
答案是肯定的,而且这些星球的水量还比地球丰富。
地球发展至今,水资源发生了什么变化?地球上的水又是从哪儿来的?
地球上的水如何留存下来?其他星球是否存在液态水源?
接下来我们对这些问题逐一解答,并着重了解地球上的水用了40多亿年后,变少了吗?其实这个问题的答案,科学家在一块石头上已经找到了。
地球上的水发生了巨大的变化如果朋友们观察仔细的话,可能会发现以前的水井挖10米可能就有水了,现在估计要挖它的两倍深才能看到水。
水井越挖越深
在一定程度上,确实可以证明地球上的水变少了,但这也只是个别情况。
那么如何才能判断地球上水资源的变化呢?岩石可以告诉我们答案。
神奇的岩石
在1896年的时候,科学家发现了放射性元素,发现地球上的环境变化应不会对它们的衰变时间产生多大的影响,并且还会以一种恒定的速率产生变化。
于是科学家就发现,可以据此来判断岩石的年龄,由此也可以找到岩石当时所处环境的情况。
海边的岩石
当然地球从诞生至今,大陆就在不断地运动变化,所以很多地表的岩石形成的年龄都很短。而最古老的岩石基本都来到了西格陵兰、南非和西澳大利亚等地,这块最古老的岩石,就是科学家在西格陵兰岛上发现的。
科学家根据铀-铅衰变法,判断出了这块蛇纹状的岩石年龄大约有42亿年的历史,科学家将其命名为“阿卡斯塔片麻岩”,它不过比地球年轻4亿年左右。
最年老的岩石,阿卡斯塔片麻岩
由于这种蛇纹状的岩石,一般要通过于地壳和海底缝隙的高温接触后,才能形成,所以很显然在过去它是被海洋淹没的。
于是科学家又通过了氢氧元素的同位素追踪法,验证了这一结论。
地球上的水变少了
地球在诞生之初含有大量的氢原子和氧原子,而我们的水就是二者通过共价键结合组成的。
在紫外线的作用下,水分子很容易被分解为氧原子和氢原子。
水由一个氧原子和两个氢原子组成
对于氧原子来说,氢原子的质量更轻,所以很容易会逃离出地球,尤其是在当时大气层还很薄的情况下。
而氧原子则会和大气层中的甲烷、二氧化碳和硫化氢发生反应,以此来留在地球上。
所以在过去的地球环境下,水的丢失可能比我们想象中还要多。
此外由于当时地壳运动还很活跃,因此海洋中的水很容易就透过海底岩石来到地壳下面,这里的高温和基岩又会进一步分解氧原子和氢原子。
地壳运动
科学家们发现,在这个过程中,氢原子中的“氕”发生的效率会比“氘”高,所以“氕”丢失得更多。
这样一来,就可以通过计算岩石中“氕”和“氘”的比例,并根据相关理论模型,来找到地球丢失的氢原子,由此得出失去的水资源数量。
最后科学家经过一系列的计算,发现现在地球上的水至少比过去少了1/4。
地球的水变少了
根据前面的介绍,我们了解到地球上的水可以通过某些方式来到大气层之外,那么地球原本的水资源又是从何而来呢?
地球上的水从何而来?事实上,这个问题的答案科学家也没有确定,不过现今有两种说法比较流行。
水来自太空
一部分科学家认为,地球上的水是由彗星或其他小行星带来的,由于地球在形成之初,宇宙还处于混沌状态,地球难免会遭到这些星体的撞击。
彗星
科学家发现,彗星的彗核中含有大量的冰和尘埃粒子。
彗星在进入地球大气层后,强大的冲击力会使得彗星的温度升高,从而使冰融化。
而小行星中同样会出现类似的情况,所以科学家认为地球上的水来自太空也不无道理。
不过由于彗星上,冰含有的水和地球上的水有一些差别,加之目前发现的那一时期的陨石和岩石很少,所以不能完全确认这一可能。
彗星撞地球
比如在对67P彗星上的水进行研究时,就发现其中的氕和氘的比例可能是地球水的3倍。
水是地球内部自己生成
另一部分科学家则认为,水是在地球形成之后,自己形成的。
相关研究中,科学家发现组成水的氢氧原子可能存在于最初形成的地球岩石中,因为就目前地球水资源的分布情况来看,在地球内部至少还存在着比地球表面还多1-10倍的水资源。
地幔中存在大量水
科学家对地面的液态水形成过程,做了一个全面的模拟实验,他们将液态氢和地幔中的石英放在一起,结果发现二者在化学反应后可以形成液态水。
这种只需要在合适的压力和温度下,就可以完成,而地幔中满足这种条件的范围可以从地下40公里~400公里。
这些存在于地幔的水资源,后来在地球降温和地壳运动下,逐渐涌到地面,才有了现在地球表面的液态水。
火山喷发将部分水带到地表
由于地球早期的情况比较复杂,而科学家获得的证据很少,所以也无法完全确认。
但就像前面所说,地球早期的环境十分恶劣,这些水又是如何在不被紫外线的影响下,完全被蒸发呢?
地球阻止水蒸气逃逸早期地球的氧原子含量并不多,由此产生的氧气很少
而且由于早期大气层很薄,被蒸发的氢原子极易逃离出大气,于是地球更是难以保留大量的水资源。
大量水被蒸发
直到大约26亿年前,地球上新生了一种名为蓝藻的植物,可以在进行光合作用的时候,为地球提供足够的氧气。
久而久之,大气层才发展为现在这样,这当中包含的氮气有78%,氧气有21%。
那些逃逸的氢原子在来到大气层之后,就会和氧原子发生反应,在凝结成雨降落下来,所以地球才能保护剩下的水资源。
另外在距离地球表面大约20千米-30千米的地方,还存在一个臭氧层。
臭氧层对地球的保护
它最大的作用就是可以吸收太阳光中97%的紫外线,由此减少水资源被大量分解,并且还能在很大程度上保护地球生物。
由此可见,地球能够成为太阳系中拥有表面液态水源的星球,得益于它在长期的宇宙演化中形成的自我保护机制。
火星上可能存在冰下湖泊对于碳基生命来说,水资源就是必不可少的形成条件,所以我们在寻找地外生命,或考虑星际移民的时候,就重点考察那些疑似存在液态水源的星球。
那么在宇宙中,还有哪些星球存在液态水源呢?
液态水
说到星际移民,大家难免会想到火星,毕竟经过长时间的研究,科学家已经发现火星曾经拥有大量的地表水。
只是由于它的逃逸速度太小,导致不能将水蒸气保留在大气中,所以水分子就大量挥发在宇宙中了。
不过有研究表明,在火星南极冰盖下,可能存在大约20公里的咸水湖,甚至这样的琥珀还不止一个。
当然这样的结论也一直饱受质疑,即便它存在也可能比地球上的咸水湖更粘稠,含盐量更大,具体情况还需要继续研究。
火星南极冰盖
不过值得一提的是,地球上的水资源仍然在不断消失,尤其是那些我们可以利用的淡水资源更是以肉眼可见的速度减少。
为了维系生命并延续文明,我们更需要保护地球上的水资源。
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