地球上的水是从哪里来的？
想象一下，在太阳系诞生的初期，那是一个炽热而混乱的时代。地球，那时候还只是一个年轻的、不断碰撞的行星胚胎，由无数的尘埃、气体以及各种行星际物质在引力的作用下聚集而成。在那个阶段，构成地球的物质中，就已经蕴含着一定量的水。但这里的“水”可能和我们现在看到的液态水大相径庭，更多的是以结合态的形式存在，比如附着在矿物晶体内部，或者以冰的形式存在于构成地球的岩石和尘埃颗粒中。
随着地球的不断形成和演化，地质活动也变得剧烈起来。地球内部的岩浆活动，就像一个巨大的熔炉，将这些“隐藏”在固体物质中的水分释放出来。火山喷发，正是这种内部水分释放的集中体现。当滚烫的岩浆喷涌而出时，其中包含的挥发性物质，包括大量的氢和氧，会随着高温转化为水蒸气，升腾到大气层中。
但是，仅仅依靠地球内部释放的水量，可能还不足以形成如今浩瀚的海洋。更重要的一个线索，指向了来自遥远宇宙深处的“信使”——彗星和小行星。在太阳系形成的早期，这些富含冰的水物质在轨道上游荡，它们就像是太空中的“水球”。当这些富含水分的彗星和小行星与年轻的地球发生碰撞时，它们带来的水就被“倾倒”在了地球上。
每一次的碰撞，都可能是一次“赠予”。这些来自外太空的水，以冰的形式，或者是更复杂的含水矿物的形式，随着撞击融入地球。经过亿万年的持续撞击，地球上的水量就这样一点点积累起来。你或许会好奇，我们怎么知道这些水真的是来自太空？科学家们通过分析彗星和小行星中的水，特别是它们独特的水同位素组成（比如重水的比例），发现与地球海洋中的水非常相似。这就如同侦探找到了物证，有力地支撑了彗星和小行星是地球水的重要来源的观点。
当然，即使有了这些“原材料”，还需要一个关键的条件才能让水以我们熟悉的液态形式存在：温度。在地球形成的早期，虽然表面可能非常炽热，但随着地球逐渐冷却，大气层也逐渐形成。而大气层，就像一件温暖的外衣，将地球保持在一个适宜液态水存在的温度范围内。当水蒸气在大气中冷却、凝结，最终以雨水的形式降落到地表，海洋就开始慢慢地汇聚，河流开始流淌。
所以，地球上的水，并非来自某个单一的“大水箱”，而是地球自身形成过程的“副产品”，同时又得到了来自宇宙深处的慷慨馈赠。它在地球内部的岩浆中酝酿，在剧烈的火山活动中释放，又通过一次次与冰冷太空来客的亲密接触而不断充盈。最终，在合适的温度和大气条件下，才得以在地球表面汇聚成如今我们所见的、滋养万物的壮丽景象。这是一个由内而外、又由外而内的协同作用，共同塑造了地球独特的水世界。
网友意见
地球上的水是从哪儿来的？科学家已经在这个问题上争了数十年。
当李白写下“君不见黄河之水天上来”的诗句时，他的本意或许是赞颂黄河一泻千里的气势。但近些年的科学研究却告诉我们：在科学上，李白可能是对的。
在一项发表于《自然·天文学》的最新研究中，一支国际联合团队为地球上的水找到了一个全新的地外来源。令人意外的是，在这个故事中，太阳起到了决定性的作用。
目前的假说主要包括两大类：“外源说”与“内源说”。换句话说，地球上的水是来自太空，还是由地球内部的反应生成？这在今天依然是一个开放的问题。
支持外源说的科学家认为，大约46亿年前，在行星形成的最后阶段，一类富含水的小行星——C型小行星（表面含碳的小行星）——或是其碎片撞向地球，为地球提供了水源。而它们落在地球上形成的碳质球粒陨石，就成了科学家验证这个猜想的线索。
不同来源的水有着各不相同的氢同位素比值（也就是氘的相对含量）。因此，科学家分析了碳质球粒陨石中水的氢同位素“指纹”。如果陨石的氢同位素组成与地球的水相符，科学家就能推测：C型小行星是地球水源最可能的来源。
然而，测量结果却令人失望：尽管有一部分碳质球粒陨石的氢同位素与地球的类似，但更多陨石样本的氢明显比地球的更重。这样的结果说明，如果外源说是正确的，那么除了C型小行星，一定还有氢比地球更轻的来源，这样才能平衡地球上水的氢同位素比值。
这项由英国格拉斯哥大学的科学家领导的最新研究，使用最先进的原子探针层析技术检测了来自另一类小行星——S型小行星——的材料。S型小行星的主要成分是硅质，它们比C型小行星更接近太阳。研究团队分析的样本来自糸川小行星，日本的“隼鸟”号小行星探测器曾经造访了这颗S型小行星并收集了岩石、矿物颗粒样本，于2010年送回地球。
原子探针层析技术使得研究团队能逐一测定样本颗粒中的原子结构，从而探测单个水分子。他们发现，有相当一部分水隐藏在尘埃大小的颗粒的表面之下。那么，这部分水为什么会出现在这里？研究人员指向了太阳风的空间风化作用。
太阳风主要是由氢和氦粒子组成的喷流，持续由太阳向空间的各个方向射出。当太阳风中的氢离子撞向小行星，或是撞向漂浮在空间中的尘埃颗粒的表面时，它们可以穿透数十纳米，在表层之下影响着矿物的化学成分。随着时间的推移，氢离子的空间风化作用能使矿物产生足够的氧原子，从而与氢离子结合形成水。
另一个重要信息在于，在太阳系形成初期，太阳风中氢的同位素比值很低，因此由这部分氢反应产生的水，也正是科学家希望找到的氢更轻的水源。
因此，我们可以想象出这样的画面：在早期太阳系中，空间里充满了尘埃，而太阳风的作用使得这些尘埃颗粒、S型小行星与此前提出的C型小行星降落至地球表面，共同构成了地球海洋来源的一部分。
这篇论文的共同作者，澳大利亚科廷大学的Phil Bland教授表示：“原子探针层析技术使得我们能看见难以置信的细节，深入探究颗粒表面50纳米厚的成分。这个经过空间风化作用的碎片边缘，包含了足够多的水。当我们等比例放大，就相当于每立方米的岩石含有20升的水。”
至此，这项研究为地球上水的外源说提供了全新的支持依据。这篇论文的共同作者，夏威夷大学教授John Bradley表示：“我们的研究首次表明，小行星表面可以产生水，并且进一步印证了太阳风与富含氧的尘埃颗粒作用，能产生水。由于在行星形成之前，尘埃在太阳星云中非常常见，它们不可避免地会受到太阳风的作用，而通过这个机制形成的水与行星系统中水的起源直接相关——当然，地球海洋可能也在此之列。”
参考资料： [1] Daly, L., Lee, M.R., Hallis, L.J. et al. Solar wind contributions to Earth’s oceans. Nat Astron (2021). https://doi.org/10.1038/s41550-021-01487-w [2] Space dust analysis could solve mystery of the origins of Earth’s water. Retrieved Nov 29th, 2021 from https://www.eurekalert.org/news-releases/936061 ▎药明康德内容团队编辑
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