当前位置: 首页 >> 矿业技术 >> 地质勘查 >> “保护地球 精彩地质”作品选登——地球之水从哪里来

“保护地球 精彩地质”作品选登——地球之水从哪里来

发布日期:2018-05-25   来源:矿道网   投稿者:xumingde   浏览次数:1444

选矿推荐

       关于地球上水的来源有各种各样的说法。阳光、水和氧都是一切生物维系生命不可或缺的重要条件。先让我们了解几个有关水的数字。

如果把地球上的水平均分配给全人类,那么每个人得到的水大约为3亿m3;

每年各大洋共蒸发330万亿dm3(立方分米=25000px3)水,地球上土壤蒸发63万亿dm3水,而每年的降水量只有100万亿dm3水,太阳每天造成1万亿dm3水蒸发;

每人每天平均消费水量近300dm3。人体80%是水,一条鱼80%也是水,一个西瓜98%都是水;

人类维持生命首先需要的是氧气,每人每天需要15dm3氧气,而每人每天需要饮用2~3升水;

工业化世界,各国有30%的河流、湖泊受到不同程度的污染,人类的饮用水不符合卫生标准;

地球上近90%的淡水没有露出地表,它们渗透在土壤和保存在岩石中,或流淌在地下河里,或积蓄在地下湖泊。

从上述的数字可见,地球上的水虽然是巨量,但可直接供人类饮用的淡水量却很有限。世界各国均不同程度出现过“水危机”,特别是一些缺水国家的水危机给生产和生活带来严重威胁,历史上甚至为水而引发“战争”。

众所周知,地球上海陆面积有“七分水、三分地”之说,也就是说陆地面积约1.495亿km2,占地球总面积的29.2%;海洋面积约3.61亿km2,占地球总面积的70.8%。然而,地球上海洋平均深度3795m,海水容积13.7亿km3(重量137亿亿t),海水占__水量的97%(图1)。那么地球上如此巨量的水究竟是从哪里来的呢?是地球诞生之初就有,还是地球在其46亿年漫长的过程逐年累月积聚下来,或是宇宙天体外部行星带来的?

图1 地球巨量海水

近百年来,近代科学家为“地球上的水,到底从哪儿来?”这个问题,从不同角度进行探讨,用不同的科学方法去验证。目前比较有代表性的是“内源说”、“外源说”。不过这些说法都不同程度地缺乏充足的证据和令人信服的成因。

1 地球内源说

内源说,也称自源说—地球上的水来自地球本身。地质科学家普遍认为,当46亿年前地球形成的物质里就含有水。在其初期一个高温的岩浆球,当时存在着大量的活火山。这些火山不断喷发,岩浆携带着水蒸气散布到地球各处。当岩浆冷却后,水蒸气就凝结成雨水,降落到地球表面。这样就开始了水的循环(图2),水流向地表低洼处,就形成了湖泊、江河、海洋。

图2 地球水循环

还有一种说法认为,在地球开始形成初期,其内部曾包含有非常丰富的氢元素,它们后来与地幔中的氧发生了化学反应并最终形成了水。

地球形成之初温度很高,水或在高压下存在于地壳和地幔中,或以气态存在于地球上空大气层中。后来随着温度降低,大气中的水冷凝降落到地表;岩浆中的水也随着火山爆发和地质活动不断释放到大气,降落到地面的水汇集到低凹地方生成湖—河—海。数百万年后,在海洋中聚集了产生生命的化学物质—甲烷、氢和水。这些水一直在地球上流动、循环,它维系和保存了自然界一切生命。由于水的循环一直在净化着水,人们才得以在21世纪的今天仍享用着6500万年前巨型恐龙和其他动植物喝过的水。

科学家通过对地球内部构造和物质成分的详细研究证明,地球上的水是从地壳内部分异挤压出来的。其证据是:

(1)几乎每次现代火山喷发时,总伴有大量气体喷出,其中水蒸气约占75%以上;

(2)地壳深部岩浆中都含有水分。在5000m深处岩浆中水的饱和度约为6%,在10000m深处达到10%,超过万米,其饱和度更大;

(3)岩浆凝固结晶成的火成岩内,含有一定数量的结晶水,并且常见有原始水的包裹体;

(4)构成地球的原始物质球粒陨石中含有一定量的水分,含水量为0.5~5%,有些可达10%以上。

含在地壳内部岩浆中的水,在地球圈层分异过程中,被移向地球外层,并被挤压向地球表面溢出,形成今天的汪洋大海。30亿年前的地球表面温度仍较高,被挤压出来的水几乎都是水蒸气。经过大约6亿年,当地表温度降至30℃(与现在地表温度相当)时,被挤出的水蒸气冷凝成水滴,99%落到地表。这就是“地壳内部说”认为是地球上水的主要来源。

2 地球外源说

顾名思义,“外源说”认为,地球上的水来自于宇宙天体的行星,尤其是彗星和富含水的小行星。被誉为“脏雪球”的彗星,其成分是水和星际尘埃,彗星撞击地球会带来大量的水;而有些富含水的小行星坠落到地球上成为陨石,也含有一定量的水,一般为0.5~5%,有的可达到10%以上,其中碳质球粒陨石含水更多。

有科学家认为,外来水源者是太阳风,是指从太阳日冕向行星际空间辐射的连续的等离子体粒子流,是典型的电离原子,由大约90%的质子(氢核)、7%的α粒子(氦粒)和极少量其它元素的原子核组成。因此,科学家认为,地球上的水是太阳风的“杰作”。

近代科学家在探索宇宙空间过程中,发现“宇宙雨”,于是提出一种“宇宙之雨”说,认为地球之水来自宇宙太空雨。这种观点正在引起学术界的争论。其焦点是:海洋的起源和生命的进化,并非一定是地球自身的水圈形成的,而是“天外之水”—宇宙雨才是形成海洋的来源。

1996年2月,美国宇航局发射一颗“波拉”号卫星收集的资料证明,宇宙太空每天都有形如“雪球”一般的云团物体降落到地球(图3)。因此,一些学者认为地球上的水很可能是从天外宇宙空间供给的。

图3 “波拉”号卫星收集的“雪球”

1997年5月,美国依阿华大学物理学家路易斯·弗兰克博士,在一次学术会上宣布他的最新研究成果。他通过自己从“波拉”号卫星距地球960~2400km高空拍摄到的照片,展示他的研究成果—照片上这种直径12m、重量在20~40t,主要由冰构成的外层包着一层碳物质的太空雪球,以每小时32000km的速度飞行,犹如陨石雨般撞击地球大气层后其壳层破裂,里面的冰蒸发成水汽。弗兰克说:“我还没亲眼目睹过这些东西,想不出一个恰当的名字来,只好暂时称它为‘雪球’”。

弗兰克展示的确凿图像依据,使与会的大多数科学家信服了他的观点。一位科学家说:“几乎前我还是持怀疑态度的,现在我相信照片上的东西是真实的。”另一位科学家说:“非常令人信服。但太空带来的水是否能填满地球上的海洋,雪球的重量是否有40t重,还需要进一步确定证实。”

经过讨论分析,科学家们认为,这些降落的雪球的距地球表面几百公里高的地方相互撞击,开始破裂、分解成云团,甚至蒸发成水汽(破裂—分解—汽化),就源源不断地向地球上降落水分。大约每1~2万年,太空雪球向地球降落的水分量就可以使整个地球的海平面上升63.5px。因此,弗兰克认为,宇宙太空有大量的水在不断降落,可以说是“宇宙之雨”。当地球诞生后,每天接纳大量来自宇宙太空的雨水,所以地球上的海水很可能是来自太空。宇宙太空雪球内部含有大量有机物质,这就意味着地球上的生命起源也很可能与此有关,因而很值得人们去探索。

3 海洋之水从何而来

尽管地球之水的“地球内部说”和“地球外部说”都有不同的科学证据。然而,海洋辽阔无垠、浩瀚深邃,__海水体积13.7亿km3之巨,如此巨量之海水究竟从何而来?科学家一直在不断探求这个至今难以解释的问题。关于海洋之水来自何方?除了20世纪90年代最新的“天外之水”说外,在地球科学界比较流行的有4种说法。

(1)海水来自地球原始大气

几十亿年前,地球上的原始大气经过多次凝聚而成海洋。照此假说推想,现在海水中所含该种原始大气的成分应比现今所测得的更多,然而它与目前的数据相差悬殊。因此这种假说难以做出科学解释。

(2)海水由火山岩分解出来

这种观点认为,远古时代地球冷却凝固时,原来的水分以化学方式结合在岩石之中。后来,由于这些岩石的分解作用,水分从中释放出来而形成海洋之水。但实验结果表明,火山岩含水分仅有5%,如果地壳中火山岩所含的水分全部释放出来,也不及目前海洋中水量的一半,所以这种观点也难以成立。

(3)海水是漫长时间的积累

地球历经几十亿年漫长的地质时代,海洋逐年累月、天长日久积聚生成。持这种假说者认为,海水是长期聚积而得,这一漫长过程并非是均匀的或连续的。水的来源渠道有热液活动、热喷泉、火山喷发等。除水以外,阴离子(如Cl和S等),均由火山活动而释放。然而,目前的研究表明,火山活动是水及阴离子的来源,而阳离子主要来自火成岩(岩浆活动)的分解。这种多元说来源,比起单一种来源假说更充分有力。事实上地球内部的水分,也是通过多种途径分解释放出来的(图4)。

图4 地球深部岩浆喷发的水汽

(4)来自太空由冰组成的彗星

最近美国科学家提出一个新理论:地球之水来自太空由冰组成的彗星。他们发现地球表面的水会向太空流失。因为大气中的水蒸气分子在太阳紫外线作用下,会分解成H和O原子。当H原子到达80~100km气体稀薄的高温层中,其运行速度会超过宇宙速度,于是脱离大气层而进入太空消失掉。经推算,飞离地球表面的水量与进入地球表面的水量大致相等。但海洋地质学家发现,2万年来,世界海平面升高了约100m。于是,地球表面水量不断增多就成了难解之谜。

2003年10月,美国科学家从地球卫星发回的数千张大气紫外线辐射图像中发现,在圆盘状的图像上有一些小黑斑。每个小黑斑大约存在2~3min,面积约有2000km2。经过分析,这些斑点是由一些看不见的冰块组成的小彗星冲入地球大气层,破裂和融化成水蒸汽造成的(图5)。科学家估计,每分钟大约有20颗平均直径为10m的冰状小彗星进入地球大气层,每颗可释放出100t水。由此推论,地球形成至今46亿年的历史,由于这些小彗星不断供给水分,从而使地球得以形成今日如此庞大的水体。

图5 含水小彗星进入地球大气层

上述的“内部说”或“外部说”都有它的一些科学根据,但同样也存在某些不足之处,甚至难以令人信服的科学假说、观点、理论。在笔者看来,地球如此庞大、地球构造又如此复杂,存在地球上的水,其来源不可能是单一,而是多种因素综合而成。地球仅是宇宙天体中一个“幸运儿”,她有自身的先天条件,加之天外“兄弟姐妹”的帮助补给,使地球拥有巨量的水,让地球上这个人类家园和大自然界的动植物代代生存和繁衍,享用这份甘甜的“乳汁”。

用3
【免责声明】本站“矿道网”矿业技术板块所有投稿文章,文章其版权均归原作者及投稿人所有。本站并非以盈利为核心的矿业矿业技术传播平台,平台并不能很好的甄别投稿文章的原创性和审核作者。文章仅供读者作为矿业参考,不做交易和服务的根据。所以希望投稿人自觉遵守本条例,如果一旦发生文章侵权,原作者找到我们,我们有权利不经告知并删除投稿的文章。本网站默认已许可各大主流平台、媒体等,以数字化方式复制、汇编、发行、信息网络传播本网站全文,但是需要文件授权。本网站不以此盈利,登载此文出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。所有投稿人向本网站提交文章发表之行为视为同意上述声明。如有异议,请在投稿时说明。因投稿素材内容或要求转发内容引发的任何社会及法律纠纷和矿道网无关。特此声明!,我们若有不当信息或者侵犯了您的利益,请及时联系我们删改!联系电话:029-85212477
1444

帮助过的人数

上一篇: 情系之宝玉石

下一篇: 万华岩的科普故事

 
 
[ 矿业技术搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 打印本文 ]  [ 关闭窗口 ]

 
相关矿业技术
热门标签
大家都在看!
 
取消

感谢您的支持,我会继续努力的!

扫码支持
扫码打赏,你说多少就多少

打开支付宝扫一扫,即可进行扫码打赏哦