地球之水哪里來
來源:網(wǎng)絡(luò) 2009-07-06 16:25:48
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在太陽系里,地球是顆得天獨(dú)厚的天體,它離太陽不近也不遠(yuǎn);溫度不太高也不太低;有稠密的大氣層和豐富的水資源。據(jù)計(jì)算,地球上的水的總量達(dá)到145 億億噸。它廣布于地球的各個(gè)角落。江河湖海是它們的故鄉(xiāng);地下、大氣、巖石和礦物中有它們的蹤影;甚至在所有生物體中,水幾乎占有它們組成物質(zhì)的三分之二。
水使地球生機(jī)盎然,水使地球生命能繁衍生息,水帶來了人類文明世界進(jìn)步。當(dāng)人們放眼宇宙時(shí),才發(fā)現(xiàn)地球與其他行星比較起來,是那么特殊,地球是唯一擁有液態(tài)水的行星。那么地球之水是從哪里來的呢?很多人這么認(rèn)為,地球之水與生俱來。
太陽系形成假說——星云說認(rèn)為,地球和太陽系的各大行星,均起源于一個(gè)原始星云——太陽星云。太陽星云的物質(zhì)由三大類組成:一類是氣物質(zhì),包括氦和氫,占總重量的98.2%;另一類是冰物質(zhì),包括水冰、氨、甲烷、氧、碳、氮和氫的化合物,含量約為1.4%;再一類是土物質(zhì),主要包括鐵、硅、鎂、硫等重元素與氧的化合物,它們的數(shù)量在星云中只占0.4%。太陽星云起先是非常疏散的。在萬有引力的作用下,大的物質(zhì)吸引小的物質(zhì),最后在中間形成了太陽,周圍形成行星。在行星演化的漫長過程中,由于受到中心天體——太陽熱力和引力的影響,氣物質(zhì)、冰物質(zhì)和土物質(zhì)的分配是不均勻的。它因距太陽遠(yuǎn)近不同而不同。地球離開太陽較近,所以它主要由土物質(zhì)組成,也有少量的冰物質(zhì)和氣物質(zhì)參與。其中參與組成的冰物質(zhì)就成了地球上水的來源。
科學(xué)家認(rèn)為,地球之水除與生俱來的外,還通過自身的演化而不斷地釋放。例如在火山活動(dòng)區(qū)和火山噴發(fā)時(shí),都有大量的氣體噴出,其中水蒸汽占 75%以上。還有,地下深處的巖漿中,也含有水分,而且深度越大,含水越多。除此以外,和地球同宗同祖的隕石,里面也含有0.5%~5%的細(xì)微水分。由此可以證明,在由土物質(zhì)組成的地球中參與了一定數(shù)量的水。
然而,隨著人們對火山研究的深入,有人發(fā)現(xiàn),火山活動(dòng)時(shí)釋放的水,并不是新生的水,而是滲入地下的雨水?茖W(xué)家是通過測定這些水的同位素以后才認(rèn)識到這一點(diǎn)的。因此這種有根有據(jù)的說法無疑對“地球之水與生俱來”的假說是一種挑戰(zhàn)。
為了尋求地球之水的淵源,有人把眼光投向了宇宙。他們說,地球之水的主要來源是在地球形成之后,從宇宙中添加進(jìn)來的。
1961 年,有一位叫托維利的科學(xué)家提出了一個(gè)令人耳目一新的假說。他說,地球上的水是太陽風(fēng)的杰作。
太陽風(fēng)顧名思義就是由太陽刮起的風(fēng)。當(dāng)然這種風(fēng)不是流動(dòng)的空氣,而是一種微粒流或叫作帶電質(zhì)子流。太陽風(fēng)的平均速度達(dá)每秒450 千米,比地球上的風(fēng)速高萬倍以上呢!當(dāng)太陽風(fēng)向近地空間吹來時(shí),絕大部分帶電粒子流被地磁層阻擋在外,少量闖進(jìn)來的高能粒子馬上被地磁場捕獲,并囚禁在高空的特定區(qū)域內(nèi)。
托維利認(rèn)為,太陽風(fēng)為地球作出了有益的貢獻(xiàn),那就是為地球送來了水。這話該怎樣理解呢?
托維利經(jīng)過計(jì)算指出,從地球形成到今天,地球已從太陽風(fēng)中吸收的氫總量達(dá)1.70×1023 克。若把這些氫和地球上的氧結(jié)合,就可產(chǎn)生1.53×1024 克的水。這個(gè)數(shù)字與現(xiàn)在地球上水體的總量145 億億噸十分接近。更重要的是,地球水中的氫和氘含量之比為6700∶1,這與太陽表面的氫氘比也十分接近。因此,他認(rèn)為地球之水是太陽風(fēng)的杰作。
但是,反對這種意見的人提出了質(zhì)疑:水雖有可能來自太空,卻也在不斷地向太空散逸。這是因?yàn)榇髿庵械乃羝肿訒陉柟獾淖贤饩作用下發(fā)生分解,變成氫原子和氧原子。
氫原子由于很輕,極容易擺脫地球的束縛,飛向星際空間。據(jù)計(jì)算,它的逃逸數(shù)量與進(jìn)入地球的數(shù)量大致相等。因此,他們認(rèn)為,如果地球之水光靠太空供給,而自身沒有來源的話,地球不可能維持現(xiàn)有的水量。地球上每天都在接納天外來客——隕石。這些來自太空的不速之客大部分是石隕石和鐵隕石,但也有一些是冰隕石。加入地球“家庭”的冰隕石究竟有多少?它們對地球之水的貢獻(xiàn)如何?人們從未注意過,也許認(rèn)為它們的數(shù)量微乎其微,無足輕重。
不久前,美國依阿華大學(xué)的科學(xué)家弗蘭克提出一個(gè)論點(diǎn)。
原來,弗蘭克在研究人造衛(wèi)星發(fā)回的圖像時(shí),對1981~1986 年以來的數(shù)千張地球大氣紫外輻射圖產(chǎn)生了興趣。他發(fā)現(xiàn),在圓盤形的地球圖像上總有一些小黑斑。每個(gè)小黑斑大約存在2~3 分鐘。這些小黑斑是什么?經(jīng)過多次分析,否定了其他一些可能之后,他認(rèn)為這些黑斑是由一些看不見的由冰塊組成的小彗星,撞入地球外層大氣后破裂、融化成水蒸汽造成的。他還估計(jì),每分鐘大約有20 顆平均直徑為10 米的這種冰球墜入地球。若每顆可融化成水100 噸,則每年即可使地球增加10 億噸水。地球形成至今已有46 億年歷史,這么算來,地球總共可以從這種冰球上獲得460 億億噸水,是現(xiàn)在地球水體總量的三倍以上。即使扣除了地球歷年散失掉的水分,和在各種地質(zhì)作用中為礦物和巖石所吸收,以及參與生物體組成的水之外,仍然綽綽有余。地球之水來自天外冰球的說法,雖然有一定道理,但也受到了挑戰(zhàn)。一些研究者在對旅行者二號航天器拍攝的大量照片研究之后,否定了大量冰球飛入地球的看法。因此,地球之水從哪里來還沒有定論。
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