地球之天外來(lái)？

■謝懿

水無(wú)疑是一種特殊的物質(zhì)。因?yàn)榈厍蛏系纳鼘?duì)它有絕對(duì)的依賴性，也正是它讓地球成為了生命的樂(lè)園。那么，地球上的水來(lái)自何方？一些科學(xué)家認(rèn)為水是由彗星的撞擊所帶來(lái)的。

彗星是一個(gè)“臟雪球”，由巖石、塵埃、砂礫以及氨、二氧化碳、甲烷等混合而成。此外，還有許多許多的水。當(dāng)然這些水是以水冰的形式出現(xiàn)的。這些固態(tài)的揮發(fā)性物質(zhì)被統(tǒng)稱為冰。

當(dāng)彗星接近太陽(yáng)的時(shí)候，這些冰會(huì)直接升華成氣體，形成巨大的彗頭以及長(zhǎng)長(zhǎng)的彗尾。當(dāng)這些氣體被釋放出來(lái)之后，天文學(xué)家就能確定出它們的組成。20世紀(jì)80年代，喬托探測(cè)器發(fā)現(xiàn)從哈雷彗星中釋放出的80%的物質(zhì)是水。

除了彗星之外，最近小行星也加入了地球“送水工”的行列。根據(jù)2010年4月底公布的結(jié)果，天文學(xué)家對(duì)小行星司理星進(jìn)行了光譜觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)有一個(gè)極薄的霜凍層覆蓋著整個(gè)司理星表面，其中還混有含碳物質(zhì)。

小行星的平均表面溫度在-120℃～-70℃，絕大多數(shù)的表面水冰應(yīng)該會(huì)在幾年之內(nèi)就升華殆盡。對(duì)此一種解釋是這一霜凍層是由從小行星內(nèi)部緩慢釋放出的水汽而維持的，或者類似月球上的水冰是由微隕星的撞擊而帶來(lái)的。但無(wú)論是哪種成因，它都暗示了水極有可能是通過(guò)小行星和彗星的撞擊而被帶到地球上的。

然而，半個(gè)月之后事情又發(fā)生了變化。2010年5月中公布的另一項(xiàng)新研究表明，水和其他主要揮發(fā)性物質(zhì)可能就存在于形成地球的原材料之中，并非來(lái)自彗星或者小行星。

相對(duì)于整個(gè)太陽(yáng)系，地球缺少諸如氫、碳、氮等揮發(fā)性元素，它們似乎也從來(lái)沒(méi)有在溫度較高的內(nèi)太陽(yáng)系行星上富集過(guò)。除此之外，地球還缺乏中等揮發(fā)性元素，例如銀。

銀有兩種穩(wěn)定的同位素，其中之一就是在太陽(yáng)系早期由鈀-107的快速放射性衰變而生成的銀-107。

銀和鈀具有不同的化學(xué)性質(zhì)，銀的揮發(fā)性較強(qiáng)，而鈀則更容易和鐵結(jié)合。這些差異使得科學(xué)家可以根據(jù)原始隕石和地幔巖石中銀同位素的比值來(lái)確定地球上揮發(fā)性物質(zhì)相對(duì)于地球鐵核形成的歷史。實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)，兩者的比值完全相同。但隕石富含揮發(fā)性物質(zhì)，而地球巖石卻不是。

銀的同位素還拋出了另一個(gè)謎團(tuán)，它暗示地核形成的時(shí)間在太陽(yáng)系起源之后500萬(wàn)～1000萬(wàn)年。而根據(jù)先前對(duì)鉿和鎢同位素的測(cè)量，得出地核形成的時(shí)間在太陽(yáng)系起源之后3000萬(wàn)年～1億年。前者比后者要早得多。

為了解決這個(gè)矛盾，科學(xué)家提出，地球會(huì)先吸積不揮發(fā)性的物質(zhì)直到它的質(zhì)量達(dá)到其最終質(zhì)量的大約85%，然后在地球形成階段的晚期（也就是太陽(yáng)系起源之后約2600萬(wàn)年）再吸積揮發(fā)性物質(zhì)。這些額外的揮發(fā)性物質(zhì)可能是通過(guò)單一的事件而獲得的，例如原始地球與一個(gè)火星大小的天體劇烈碰撞，而這一碰撞也會(huì)向外拋射出大量的物質(zhì)并最終形成了月球。

這一研究結(jié)果也支持了已有30年歷史之久的“異構(gòu)吸積”行星生長(zhǎng)模型，它認(rèn)為地球在其生長(zhǎng)的過(guò)程中其原材料的成分會(huì)發(fā)生變化。由此就不再需要彗星或者小行星把水帶到地球上，因?yàn)樗鼈兛赡軒缀鯊淖铋_(kāi)始就已經(jīng)在那里了。