地球自己也能造水

湯偉

水是地球上最重要也是最常見的物質(zhì)之一，它不僅覆蓋了超過三分之二的地表，還深埋于地下。比如，在地殼之下、厚度約3000千米的地幔中，就儲(chǔ)藏著總量可能使地球水量增加兩倍的水資源，而在占據(jù)地球質(zhì)量約30%的地核中，由于氫在高溫高壓下更容易與氧結(jié)合，地核可能含有比地幔還多的水。

不過，在地球誕生之初，地球可不是現(xiàn)在這個(gè)模樣?？茖W(xué)家們認(rèn)為，由于當(dāng)時(shí)地球太接近太陽，像山一樣大小的微行星又瘋狂撞擊地球，產(chǎn)生了巨大的熱量，最初的地球可能就像傳說中的“地獄”，地表溫度非常高，滾燙的巖漿四處流淌，水或水蒸氣無法存在。不過，隨后，一個(gè)很奇怪的事情發(fā)生了，在相對(duì)較短的地質(zhì)時(shí)間內(nèi)，海洋突然出現(xiàn)了。這些水來自哪里呢？

研究者們提出了一種假設(shè)。在十億年前，攜帶有水的小行星或彗星撞擊了地球，熾熱的地表蒸發(fā)了這些外來者帶入地球的水分，富積在原始的大氣中。隨著地表冷卻，水分開始凝固，以雨水的形式降落，形成了地球的海洋。

不過，一項(xiàng)新研究顯示地球?qū)嶋H上也有造水的能力，而這一過程涉及到地球內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)。

在地殼和地幔中，廣泛存在著一種叫做石英的造巖礦物。石英又叫硅石（即二氧化硅），通常情況下，物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定，但在上地幔（從地殼延伸到約410千米的深度），有足夠的熱量和壓強(qiáng)，可以使得這一材料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。

具體來說，計(jì)算機(jī)模擬顯示，一旦上地幔的溫度達(dá)到1400攝氏度，壓強(qiáng)比標(biāo)準(zhǔn)大氣壓高2萬倍時(shí)，石英會(huì)與液氫發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生甲硅烷以及液態(tài)水。研究者們推測(cè)，這個(gè)化學(xué)過程可能是地球早期水來源之一。

2014年，一組日本科學(xué)家再現(xiàn)了這一化學(xué)過程。當(dāng)他們模擬這一化學(xué)反應(yīng)時(shí)，確實(shí)生成了液態(tài)水。而且一個(gè)更讓人驚訝的發(fā)現(xiàn)是這些水并不是形成于石英表面，而是形成于石英中，并且承受的壓強(qiáng)非常大，研究者估計(jì)這一壓強(qiáng)達(dá)到20萬個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，這里能量假如被釋放，可能是觸發(fā)深層地下地震活動(dòng)的主要因素。

不過，化學(xué)反應(yīng)引發(fā)地震這一假說還并未得到證實(shí)，而這一化學(xué)反應(yīng)生成的液態(tài)水也可能總量不會(huì)那么大?，F(xiàn)在，彗星或者小行星的碰撞可能還是地球大部分水的主要來源。