地球上的水來自哪里？

賈紹鳳

地球上有71%的表面積被水覆蓋，堪稱水球。水孕育了生命，是地球上所有生物不可缺少的物質。正因為地球有液態水，才變得如此生機勃勃、與眾不同。地球上的水是從哪里來的？為什么太陽系的其他行星沒有液態水呢？

目前，科學界關于地球上水的來源有兩種說法：自源說和外源說。自源說認為地球的水來自于地球本身?？茖W家們認為，在地球誕生時形成地球的物質里面就含有水，或者包含組成水的元素氫和氧，氫和氧在適宜的條件下發生化學反應生成了水。

在地球形成的某一階段，溫度很高，水或者在高壓下存于地殼、地幔中，或者以氣態存在于地球大氣中。后來，隨著溫度的降低，地球大氣中的水發生冷凝落到了地面。巖漿中的水也隨著火山爆發不斷釋放到大氣中，然后降落到地表，匯集到地表低洼處的水就形成了河流、湖泊、海洋。

地球內部蘊含的水量是巨大的。地下深處的巖漿中含有豐富的水，實驗證明，壓力為15 千帕、溫度為10000℃的巖漿可以溶解30%的水。火山口處的巖漿平均含水量為6%，有的可達12%。科學家根據地球深處巖漿的數量推測，在地球存在的45億年內，深層巖漿釋放的水量可達現在全球大洋水量的一半。

地球巖石礦物中也含有結晶水和晶格水。結晶水是水合物分子中的水，例如五水硫酸銅中的水。晶格水是礦物的晶體格架里面摻雜的少量的水分子。在合適的條件下，這些巖石中的水就會被釋放出來。

然而，我們常常想不到的是，更多的水存在于地幔中。澳大利亞地球科學家泰德·凌武德發現了后來以他的名字命名的尖晶橄欖石，這種礦物質的1.5%是由水分子構成的。在凌武德發表的一篇報告中提到，地幔的過渡層，即“三明治夾層”內具備超高壓、超高溫等條件，因此那里富含鉆石，也符合尖晶橄欖石這種礦物質的產生條件。

尖晶橄欖石在隕石中普遍存在，但在地球表面的巖石上卻極少發現，起碼在2008年以前科學家認為這種礦物質只存在于隕石中。

2014年3月，來自加拿大阿爾伯塔大學的格拉漢姆·皮爾森等人在英國《自然》雜志發表論文，宣稱新發現的尖晶橄欖石樣品提供了足夠充分的證據，證明地幔上下層之間的過渡帶存在水分，而且按照巖石中的水分存在比例，水資源儲量相當豐富，有望超過全球海洋總水量之和。多年前，凌武德組織的科研隊伍在巴西馬托格羅索州雨林中的一條小溪內撿到一塊棕色的鉆石，經多年化驗比對，直到最近才確認其內部含有微量尖晶橄欖石成分?？茖W家認為，此次發現的含有尖晶橄欖石的鉆石，就是通過火山噴發，由地幔帶到地表的。

2014年6月，美國地球物理學家雅各布森及地震學家施曼特在美國《科學》雜志發表文章闡釋了他們的新發現。這兩位科學家利用遍布全美的2000多個地震儀分析了500多次地震的地震波，發現就在美國地下660千米深處，巖石發生部分熔融，而且從地震波傳播速度減緩來看，這是可能有水存在的信號。與此同時，研究人員在實驗室中合成了上下地幔過渡帶中存在的尖晶橄欖石，并模擬地下660千米深處的高溫高壓環境。結果發現尖晶橄欖石在此環境下發生部分熔融，就像出汗一樣釋放出水分子，這為地幔過渡帶存在水分提供了更多的證據。

地幔上下層之間的過渡帶（介于410千米和660千米相變界面之間，界面深度強烈依賴于溫度變化）厚度約25千米，占據地球內部的一個橢圓體區域，約占地球質量的7.5%，如果平均含水量按1%計算，其存水質量約為4.485×1010億噸，是現今地球表面的水貯量（包括液態水、固態冰雪和氣態水）1.3860×1010億噸的3倍多。

地幔中的水，因為地殼俯沖形成的上升通道可以進入地幔與地殼之間的軟流層巖漿中，并隨巖漿活動而到達地表。按此理論，地表的液態水有很大一部分是內部的水慢慢滲出而積累起來的。有科學家估計，自地球誕生以來，深層巖漿活動帶到地表的水占當今海洋貯水量的一半，也有科學家估計火山活動噴出來的水相當于海洋貯水量的一半。這二者肯定有重復的地方，但這也表明了地球上的水有一半以上來自地幔。

外源說認為地球的水來自外太空，如彗星、隕石或太陽風。碰撞到地球的彗星，降落到地球的隕石，其成分含有一定量的水，一般為0.5%～5%，有的高達10%以上，其中碳質球粒隕石含水較多。球粒隕石是太陽系中最常見的一種隕石，大約占所有隕石總數的86%。降落到地球的隕石把水分也帶到了地球。

但是，不可想象在地球形成之后，會有如此多的隕石帶來如此多以至于形成地球海洋的水量。如果光有隕石而缺乏把其中的水釋放出來的地球物理化學作用，隕石中的水也根本變不成液態水。所以，認為地球上的水是地球形成后隕石帶來的觀點基本不成立。

另一種外源說認為，太陽風到達地球大氣圈上層，帶來大量的氫核、碳核、氧核等原子核，這些原子核與大氣圈中的電子結合成氫原子、碳原子、氧原子等，再通過不同的化學反應變成水分子。據估計，在地球大氣的高層，每年大約產生1.5 噸這種“宇宙水”。然后，這種水以雨、雪的形式落到地球上。但太陽風形成的水是如此之少，在地球45億年生命史中，也不過形成67.5億噸水，與現今地球表面的水貯量（包括液態水、固態冰雪和氣態水）1.3860×1010億噸相比，不過九牛一毛。這也說明地球的水還是以自源為主。

因此，我們可以認為地球的水既有自源的，也有外源的，但以自源為絕對主要來源。

目前，科學家認為，地球表面的水或許在地球形成初期就有了一部分，例如存在于原始大氣中的水，存在于地表巖石中的水;后來又從天外隕石、彗星、太陽風獲得了少部分水;而主要的部分是地球內部通過巖漿活動滲出來的。

既然地球可以自生水而形成水球，隨之而來的問題便是與地球有同樣起源的其他星球如火星、月亮為什么沒有液態水存在呢？甚至連水的蹤影都找不到呢？

原來，液態水能否存在的一個重要控制因素是溫度。太陽等星球溫度太高，連水分子都不能存在而分解成了原子，所以根本沒有水;有的星球（例如金星），溫度不算太高，水分子可以存在，但溫度超過了水的沸點，水都蒸發了，所以沒有液態水;有的星球（例如火星），溫度低于水的冰點，即使有水也都結冰了，所以也就沒有液態水了。因此，在太陽系中地球成為唯一一個被液態水覆蓋并孕育了生命的蔚藍星球。

【責任編輯】張小萌