地球之水來源新說

岑夫子

從太空看我們這顆星球，地球最與眾不同的特征是它那明亮的蔚藍色。因為地球表面近四分之三都被海水覆蓋著。

其實，地球上的水還不止這些。在陸地，生物體內百分之六七十以上都是水。此外，在地下，以礦物（如結晶水合物）形式存在的水也體量驚人，若全擠出來，也許是另一個海洋。

但是，地球上的這些水到底是怎么來的？這個問題至今都沒有一個滿意的答案。

地球在“襁褓”中似乎就缺水

在宇宙空間，也存在大量水——不過它們主要以冰的形式存在。其實，就宇宙空間的水而言，它的起源倒不是個難題。因為只要氫氣和氧氣混在一起，在宇宙中隨處可見的輻射的“撮合”下，就能制造出水來。原料嘛，也不缺。氫元素在宇宙誕生伊始就有，氧元素是在恒星內部制造出來，然后隨著超新星爆發，拋撒到星際空間的。

但具體到地球上的水，就不能指望通過氫氧兩種元素反應臨時制造出來。首先，游離態的氫很活潑，在行星出現之前，就基本上被消耗殆盡了;其次，氫太輕，行星的引力束縛不住它。所以，不論地球之水是怎么來的，得來的必然是現成的水。現在，解釋這個水的來源，是件棘手的事情。

要理解為何如此困難，我們需要追溯到比46億年前還久遠的過去。那時太陽還很年輕（太陽目前的年齡是50億年左右），輻射比現在要強烈得多;環繞著它的是一個由氣體和塵埃組成的漩渦——太陽系的一顆顆行星將在這個漩渦中誕生。那時，任何水都只能以星際空間冰的形式存在。如果一些冰闖入內太陽系，也就是像地球這樣的巖石質行星即將要誕生的地方，那么太陽的熱量和輻射將會把水分子裂解成氫原子和氧原子。這意味著形成地球的那團塵埃云中，連一滴水都不會剩下。

就算我們樂觀地設想，星際空間中的水在行星形成過程中，以我們迄今所不知道的方式幸存了下來，最終凝聚成年輕地球表面的海洋，但接下去還要應付一場大撞擊——月球就是在這場撞擊中誕生的。

關于月球是如何形成的，我們目前最好的解釋是：大約45億年前，一顆叫“忒伊亞”的火星大小的天體撞到了地球。它的撞擊是如此劇烈，以至于整個地球都熔化、碎裂了。其中一些濺射出去的碎片凝聚成了月球，剩余的在自身重力作用下坍塌，重新凝聚成地球。

傳統觀點認為，在這場大撞擊中地球之水在劫難逃。

地球之水來自天外？

既然地球在“襁褓”中可能就缺水，即便不缺水，要長久保存也過不了“大撞擊”這一關，那么今天這么多水到底是怎么來的呢？

過去占主流的看法是，地球之水是太空“信使”送來的禮物。這些“信使”主要是彗星和小行星，它們多數形成于離太陽足夠遠的寒冷地帶，攜帶著大量的冰。在月球形成之后不久的一個時期，大量彗星和小行星轟擊地球，為我們帶來了貴金屬、水和有機物。作為那一時期瘋狂轟擊的證據，月球表面至今仍布滿了撞擊坑。

這個假說是如此深入人心，以至于在很長時間里，人們以為解決了地球之水起源于何處的難題。但2014年，一次打擊讓這個假說風光不再。

打擊來自2004年由歐洲宇航局發射的“羅塞塔”號探測器。該探測器在2014年訪問了“67P/丘留莫夫—格拉西緬科”彗星，從彗星上采集了冰的樣品。但隨后的分析發現，彗星上的水跟地球上的水，氫元素的同位素“配方”并不一致。

我們知道，所有的化學元素，包括組成水的氫氧兩種元素，都有不同的同位素。比如說氫元素，它就有氫、氘、氚三種同位素。氫原子核里只有1個質子，氘原子核含有1個質子和1個中子，氚原子核含有1個質子和2個中子。由氫與氧結合形成的水是普通水，由氘與氧形成的水叫重水，由氚與氧形成的水叫超重水。

如果兩種水有同一來源，那么在水中氫的三種同位素比例或者說同位素“配方”，應該完全一致才對。但實際情況是，“67P/丘留莫夫—格拉西緬科”彗星上的水與地球上的水，氫的同位素“配方”并不一致：彗星之水中氘的含量比地球之水高。

當然，如果我們能找到另一顆彗星，它的水中氘的含量比地球之水低，那么通過適當的“調配”，或許也能“調配”出地球上的水（換句話說，當初轟擊地球的彗星，不僅有含氘高的，也有含氘低的）。但到目前為止，這樣的彗星一顆都沒找到。

地球之水或許有兩個來源

既然地球之水不能全靠彗星的“賜予”，現在有人提出這樣一種折中的觀點：也許需要調配的不是來自這顆彗星和那顆彗星的水，而是來自彗星的水和地球自己與生俱來的水。換句話說，地球上的水，一部分是與生俱來的，另一部分來自彗星;而且與生俱來的那部分水含氘量較低。

要理解這個新假說，需要我們搞清楚很多事實。下面將一一解釋。

首先，讓我們來看看，后來凝聚成地球的塵埃云是否曾熾熱到容不下水的地步？

一位英國科學家通過模擬顯示，塵埃顆粒在高溫下吸附水的能力，比我們原先設想的要強得多。他為組成塵埃顆粒的橄欖石建了一個電腦模型——橄欖石是太陽系和環繞其他恒星的塵埃云中最常見的一種礦物。隨后，他計算了一下，如果水分子吸附在不規則的橄欖石塵埃顆粒表面會怎樣。他發現，一旦水分吸附其上，需要很大的能量才能把它們分離出來。根據這個模型，要想把水分子跟塵埃顆粒分開，溫度至少要在630℃以上，而在地球形成的過程中，一開始塵埃云的溫度似乎沒那么高。

這個結論也得到天文觀測的佐證。天文學家利用斯皮策太空望遠鏡已探測到年輕恒星DR Tau和AS 205A（距地球350光年以上）周圍的塵埃盤中含有水。

那么，為什么地球與生俱來的這部分水含氘量較低呢？前面已經提到過，當太陽還很年輕時，輻射很強烈，地球上原有的水都被分解成了氫原子和氧原子（如果是重水呢，則被分解成了氘原子和氧原子）。這些游離態的原子，直到太陽輻射減弱之后才重新結合成水。因為氘原子比氫原子重，在與氫原子爭奪氧原子時，相對比較“笨”，所以新生成的水中，氘含量就降低了。

這樣，地球與生俱來就有的水經過“浴火重生”之后，氘含量偏低，而來自彗星的水，氘含量偏高，兩者一調配，就調配出了今日氘含量適中的地球之水。這位科學家計算了一下，要調配出今日地球之水，地球與生俱來的水不應少于70%。