水是地球的血液,也是生命赖以生存的必要条件。那么除了地球之外,太阳系其他行星上有没有水呢?
水是碳基生物的基础
答案是肯定的,而且这些星球上的水量比地球还丰富。
地球发展至今,水资源发生了哪些变化?地球上的水是从哪里来的?
水是如何在地球上存在的?其他星球有液态水源吗?
接下来我们将一一解答这些问题,着重了解地球上的水经过40亿年以上的使用,会变少吗?事实上,科学家们已经在一块石头上找到了这个问题的答案。
地球上的水已经发生了翻天覆地的变化
如果仔细观察,可能会发现以前的水井都是挖的10米可能会有水,现在估计要两个加倍深度才能看到水。
水井越挖越深
在一定程度上确实可以证明地球上的水越来越少,但这只是个案。
那么如何判断地球上水资源的变化呢?岩石可以告诉我们答案。
神奇的岩石
1896年,科学家们发现了放射性元素,发现地球上的环境变化对它们的衰变时间应该不会有太大的影响,而且还会以恒定的速率产生变化。
于是科学家们发现,据此可以判断岩石的年代,也可以找到当时岩石所处的环境。
海边的岩石
当然,自从地球诞生以来,大陆就一直在不断地移动和变化,所以地表的许多岩石都是在很短的时间内形成的。最古老的岩石基本都来到了西格陵兰、南非和西澳大利亚。这块最古老的岩石是由西格陵兰岛的科学家发现的。
科学家根据铀-铅衰变法,判断这块蛇纹石的年龄约为42亿年,科学家将其命名为“AcastaPiece”Moyan,它只比地球年轻4亿年左右。
最古老的岩石,阿卡斯塔片麻岩
由于这种蛇纹岩只有在地壳与海底缝隙高温接触后才能形成,很明显,在过去它被海洋淹没了
于是科学家们通过氢氧元素的同位素追踪方法验证了这个结论。
地球上的水越来越少
了地球在诞生之初就含有大量的氢原子和氧原子,而我们的水就是由这两者通过共价键组成的。
在紫外线的作用下,水分子很容易分解成氧原子和氢原子。
水是由一个氧原子和两个氢原子组成的
对于氧原子来说,氢原子比较轻,所以很容易从地球上逃逸出来,特别是当时的环境很薄案。
氧原子会与甲烷、大气中的二氧化碳和硫化氢发生反应,留在地球上。
所以在过去的地球环境中,水的流失可能比我们想象的还要多。
另外,由于当时地壳运动还很活跃,海洋中的水很容易穿过海底岩石,来到地壳下。这里的高温和基岩会进一步分解氧原子和氢原子。
地壳运动
科学家们发现,在这个过程中,氢原子中的“氕”会比“氘”更有效率地产生,所以“氕”流失得更多。
这样,通过计算岩石中“氕”和“氘”的比例,并根据相关理论模型,就可以找到地球失去的氢原子,从而得到失去的水资源量。
最后,经过一系列的计算,科学家们发现,地球上的水比过去至少少了1/4。
地球上的水变少了
根据前面的介绍,我们知道地球上的水可以通过一些方式从大气中出来,那么地球上原来的水资源是从哪里来的呢??
地球上的水是从哪里来的?
事实上,科学家们还没有确定这个问题的答案,但时下流行的理论有两种。
水来自太空
有科学家认为,地球上的水是由彗星或其他小行星带来的。被这些星星击中。
彗星科学家发现,彗星的核内含有大量的冰和尘埃粒子。彗星
进入地球大气层后,强大的撞击会使彗星温度升高,冰层融化。
类似的情况也会发生在小行星上,所以科学家们认为地球上的水来自太空也不无道理。
不过,由于彗星上的冰所含的水与地球上的水有些不同,而且那个时期的陨石和岩石非常少,所以无法完全证实这种可能性。
彗星撞击地球
比如在研究67P彗星上的水时,发现其中氕和氘的比例可能是地球水的三倍。
水是地球内部自生的
另一部分科学家认为水是地球形成后自己形成的。
在相关研究中,科学家发现构成水的氢原子和氧原子可能存在于地球最早的岩石中,因为从目前地球上水资源的分布情况来看,至少在内陆有更多地球的水资源是地球表面的1-10倍。
地幔中有大量的水
科学家们对地面液态水的形成进行了全面的模拟实验。他们将地幔中的液态氢和石英放在一起,发现两者发生化学反应后可以形成液态水。
这只有在合适的压力和温度下才能做到,在地幔中满足这个条件的范围可以从地下40公里到400公里。
这些存在于地幔中的水资源,然后在地球冷却和地壳运动的作用下,逐渐涌向地面,现在地球表面已经有了液态水。
火山喷发把部分水带到了地表
因为早期地球情况复杂,科学家得到的证据很少,所以无法完全证实。
但正如上文所说,早期地球的环境非常恶劣,水怎么可能在没有紫外线的情况下完全蒸发呢?
地球阻止水蒸气逸出
早期地球的氧原子含量不多,产生的氧气很少
而且由于早期大气层很稀薄,所以蒸发的氢原子很容易逸出大气层,因此地球更难保留大量的水资源。
大量的水蒸发了
直到大约26亿年前,地球上诞生了一种名为蓝绿藻的植物,它可以在进行光合作用时为地球提供足够的氧气。
随着时间的推移,大气层已经发展成为现在的样子,其中含有78%的氮气和21%的氧气。
逸出的氢原子进入大气层后会与氧原子发生反应,然后凝结成雨落下,这样地球就可以保护剩余的水资源。
另外,在距地球表面约20公里到30公里的地方,还有一层臭氧层臭氧层。
臭氧层对地球的保护
它最大的作用就是吸收太阳光中97%的紫外线,从而减少大量的水资源被分解,同时也可以保护地球的生物体在很大程度上。
由此可见,地球能够成为太阳系中地表液态水源的行星,得益于其在长期的宇宙演化过程中形成的自我保护机制。
火星上可能存在冰下湖泊
对于碳基生命来说,水资源是生命形成的必备条件,所以当我们在寻找地外生命,或者考虑星际移民的时候,重点关注那些疑似有液态水源的行星。
那么在宇宙中,有哪些行星拥有液态水源?
液态水
说到星际移民,大家难免会想到火星。经过长时间的研究,科学家发现火星曾经有大量的地表水。
就是因为它的逃逸速度太小,大气中留不住水汽,所以大量的水分子在宇宙中挥发。
然而,研究表明,在火星南极冰盖下,可能有20公里左右的咸水湖,这样的琥珀甚至不止一颗。
当然,这个结论受到了质疑。即使它存在,它也可能比地球上的盐湖更粘稠、更咸。具体情况还需进一步研究。
火星南极冰盖不过,值得一提的是,地球上的水资源还在不断消失,尤其是那些我们可以利用的淡水资源正在以肉眼可见的速度减少。
为了维持生命和延续文明,我们需要保护地球上的水资源。