地球的水用了40多亿年，有没有变少？一块石头告诉了科学家答案

文|鲸探所

编辑|鲸探所

你有没有想过一件事情？

早在40多亿年前，水就已经在地球上大量存在了，但是这么多年过去了，地球上的水有没有减少呢？

事实上，这么多年来，科学家们也一直在思考这个问题。

让人想不到的是，他们竟然在一块石头上找到了答案……

蛇纹石：一块来自上古海洋的水之证物

2021年，一队地质学家在格陵兰岛的西部地层中发现了一块异常的岩石。

这块岩石表面呈现出独特的蛇纹状花纹，而经过放射性测年法分析，确认它形成于约40亿年前的古生代石炭纪。

这块被命名为“阿卡斯塔片麻岩”的岩石，它的形成过程充满了神秘的色彩。

古生代时期，这里仍处于浅海环境，岩石形成于海底热液活动频繁的区域，在高温海水与海底岩石反复的热作用，最终造就了这块独特的蛇纹石。

作为一种特殊的变质岩，蛇纹石通常形成于大洋中心脊带、大洋岛弧或俯冲带等构造环境。

当海底基性岩石与海底热液系统中的高温流体发生反应时，就可能产生蛇纹化作用，所以这块古老的蛇纹石就像一个见证者，诉说着40亿年前这个区域曾经位于海底，并处于极为活跃的地质构造环境之中。

而蛇纹石的形成需借助海水参与，而这也正是我们重点关注之处。

在石头的生成过程中，里面吸收了大量的海水，海水中稀有的氘元素也因此而被保存其间，通过对比现今海水中的氘含量，可以推算出40亿年前的海洋规模。

研究人员对岩石中的氢同位素氘和氕的含量进行检测发现，这与现代海水中的比例存在着非常明显的差异。

根据相关模型计算，地球历史上海水总量至少减少了四分之一，虽然数字看似不小，但40亿年的周期对地球系统来说也不过弹指一挥间。

通过计算，科学家们发现，时至今日，地球上的总水量并没有减少，这又是什么原因呢？

想要知道这个问题，那么我们就要知道地球上的水都是从哪里来的，又要到哪里去，在这一过程中，它又经历了什么……

水的来源

要知道，在地球形成的最初，水对地球环境来说可谓是稀有资源。

根据大爆炸理论，我们的宇宙起源于高温高密度的状态，随后经历了快速膨胀。

在这一过程中，仅有最轻的氢和氦元素才得以在大爆炸后残存，那么地球上的水从何而来呢？

事实上，在早期的地球上，可能并不存在液态水的存在。

科学家猜测，地球形成之初高温的环境使得水只能存在于水蒸气的状态，后续经过漫长的冷却过程，水蒸气才逐渐凝结为液态，最终形成了海洋。

而有趣的是，最近几十年间，研究人员提出了另一种理论。

他们认为，早期地球上的水大多来源于太空，可能是随着含水的微小行星和彗星一起撞向地球，从而为地球带来了水资源，这一理论似乎更能解释地球上水的丰富程度。

支持“水源自地球”观点的科学家指出，在地球的地幔深处存在大量水资源。

通过对地球深部岩石的研究发现，岩石中的氢原子与氧化合形成了水分子，这些水被困藏在岩石间隙中，而火山喷发能将地幔中的水带到地表。

甚至还有科学家通过模拟实验发现，在高温高压的地幔环境中，氢气与石英反应可以生成水。地幔水资源量可能是地表的1-10倍。

而地球地幔水说的支持者认为，地球上的水是在地球形成过程中自然生成的。

在地球诞生早期，太空中的各种元素和星云物质聚合形成了原始的地球。

在高温高压下，这些元素进入地球物质中，经历各种化学反应最终生成了水。

随着地球表面温度的降低，水汽凝结成雨水不断地从天空降落到地面，几十亿年间，大量降水最终汇聚成海洋。

一些地质学家曾在极端干燥的岩石中发现了大量氢原子，这些原子被锁定在岩石的空隙和晶体中，这也就意味着仅地幔一处就蕴藏着巨大的地下水资源，一旦这些氢原子与氧发生反应，就会生成大量水。

而持“水来自外太空”观点的科学家认为，地球形成初期，来自小行星和彗星的撞击给地球带来了大量水资源。

研究显示，彗星的组成包含大量冰和尘埃，冰中含有水。

当彗星进入地球大气层时，强烈的冲击导致温度升高，冰体融化从而释放出水。

不过也有科学家指出，彗星中的水与地球水有一定差异，且相关的地质证据不足，所以难以完全证实这一假说。

例如，在对67P彗星上的水进行检测发现，其中的氘同位素与地球水中的不同。

不过科学家至今也没有找到足够的小行星或陨石样本佐证这一观点。

然而，这一理论的支持者认为，在地球形成初期，周围还存在大量其他星体，它们坠落到地球表面时带来了水资源，地球多次遭受这类撞击，累积了大量的水之后才形成了海洋。

对于水的来源，各方观点都有一定的科学依据，但由于地球早期环境复杂，获取的证据有限，至今没有定论。

更可能的情况是，水的形成既与地球自身演化有关，也与外太空物质撞击地球有关，是两种机制共同作用的结果。

不过可以确定的是，在长期的地质演化中，地球形成了良好的水循环系统，使生命得以在该“蓝色星球”繁衍生生不息。

水资源的历史变化

地球上的水资源数量在过去的几十亿年中虽有波动，但总体变化不大。

水主要以液态、固态和气态在地球各个区域之间循环流动。

在地球形成的早期，由于大气层较薄，水分子易被紫外线分解，氢原子容易逃逸到外太空，导致水资源减少。

大约26亿年前，蓝藻的出现使光合作用产生的氧气逐渐聚集，这也增强了地球对水分子的保留能力。

地球上经过长时间的水循环，使大部分水资源可以重复利用，降水经过地表径流和地下径流最终回到海洋，海水通过蒸发又形成云层。

而雨水中的水分子来源于这些云层，这样的循环使水资源只会发生少量的损耗。

即使人类生活中大量消耗水资源，但自然界的水循环机制也能使水资源保持平衡。

我们也注意到，不同地区和不同时期对水资源的需求是不平衡的，发达国家和欠发达国家之间的用水量差异很大，一个地区在干旱时期对水的依赖也远高于湿润时期。

近年来，随着工业化进程的加快，人类活动对自然水循环的影响也越来越大。

化石燃料的燃烧排放出大量二氧化碳，导致全球变暖效应加剧，这也使得降水模式和径流过程发生改变，一些地区开始出现更频繁的干旱或洪涝灾害，再加上工业废水的排放也污染了地表水体，从而降低了水资源的利用效率。

可以说，人类活动也在不同程度上扰乱了自然界原有的水循环节奏，所以我们需要在平衡不同需求的基础上，保护好这一宝贵资源。

目前，一些干旱地区已经开始开发利用地下水资源，例如中亚地区通过打井获取地下水进行农业灌溉，但是过度开发地下水也会导致地下水位下降，需要采取配套措施进行管理。

一些国家利用海水淡化技术生产淡水，但操作成本较高，未来可能可以通过研发更高效的海水淡化设备来提供淡水。

水资源问题不仅关系到经济发展，也关系到人类文明乃至生存。

我们每个人都应该意识到水的可贵，从日常生活做起，养成节约用水的习惯。

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