地球到底为什么是湿的？

每次你喝一口水，你喝下的液体很可能已有 45 亿年的历史。地球上充斥着一种维持生命的物质，其历史与地球本身一样古老。天体物理学家并不完全清楚这些东西来自哪里，但间接证据表明，含水陨石可能撞击过婴儿时期的地球。这些岩石流星雨可能有助于将一个极度干燥的地方变成一个独特的湿润世界。

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或者至少是更潮湿的。尽管我们的星球被约 326 千万亿加仑的水覆盖，但它比你想象的要干燥。法国波尔多_天体物理实验室的天文学家 Sean N. Raymond 将地球与饼干进行了比较，地球的含水量可能只有 0.023%，饼干的含水量约为 2%。这仍然比我们最初的湿度要高得多。

开始非常干燥

当太阳系刚刚形成时，一些年轻的行星太热，无法形成水。“地球和火星应该在极度干燥的环境中形成，”中佛罗里达大学的小行星专家 Humberto Campins 说道，因为它们位于太阳系的霜冻线内。

46 亿年前，当太阳从一团坍缩的气体和尘埃云中凝聚而成时，它巨大的热量形成了一道边界。在边界之外，空间温度足够低，冰粒可以凝固。（这有助于解释为什么遥远的木星和土星有海洋卫星。）在边界内部，热量使水蒸发。地球和其他内行星由残留的干燥岩石和致密金属聚集在一起。几百万年后，一定发生了什么事情，让这些行星得到水的滋养。天文学家已经探索了几种可能的情况。

月球表面的陨石坑表明，我们这一侧的冰冻线不断受到太空岩石的撞击，其中包括一场被称为后期重轰炸期的特别猛烈的陨石雨。一些专家认为，这些抛射物——特别是陨石，即坠落到地球上的小行星碎片——可能更像是宇宙水气球。2010 年在小行星 24 Themis 上发现的薄薄的霜冻外壳支持了这一假设。最近，美国宇航局在一次开创性的样本回收任务中，在近地小行星 Bennu 中发现了含水粘土矿物。

不过，水进入地球的过程中可能还涉及其他过程，比如来自多云太阳星云的气体将氢溶解到地球的岩浆层中。水进入地球的过程也可能有多个来源和步骤。

“谜题的碎片尚不清楚，”探测贝努内部物质的团队成员坎平斯说。但他指出了一条重要线索，“让我们知道水可能来自哪里”：流经我们水生系统的氢的类型。

匹配元素

宇宙中最常见的氢原子形式是电子围绕一个质子旋转。但还有一种略有不同的形式，称为氘，其中心被挤压着一个质子和一个中子。天文学家已经测量了地球水中氘与普通氢的比例，并在太阳系周围的其他物体中寻找这种“氘比”。

事实证明，碳质球粒陨石（一种陨石）与此非常吻合。如果我们的太阳系曾经是一个古老的建筑工地，那么这些球粒陨石就是未熔化的碎石。它们来自小行星带的外侧，距离木星比火星更近，这意味着它们可能形成于霜冻线的湿润一侧。雷蒙德估计，大约一吨富含冰和水矿物的碳质太空岩石可能为地球带来了 110 到 220 磅的水。他说，当木星和土星的质量“迅速增大”时，这颗气态巨行星将这些岩石踢向太阳和内行星。

雷蒙德解释说，陨石“含有大量有机物”，比如碳和其他与生命有关的分子。它们还含有挥发性物质——受热后容易蒸发的物质——比如太阳系早期的水、锌和氢。虽然这些物质今天可以在地球上找到，但仍有一些挥发性物质缺失。坎平斯说：“如果碳质球粒陨石贡献了地球的水，那么它们也会贡献地球的惰性气体。”但它们并不支持这些元素，所以一定是其他东西填补了这一空白。坎平斯指出，2010 年代中期，欧洲航天局的罗塞塔号探测器和菲莱着陆器对 67P 彗星进行了密切研究，发现它含有正确的惰性气体含量。

这让人想到，一群太空天体撞击地球时携带着稀有气体、_水，还有谁知道的其他物质。“如果大部分水来自小行星撞击，而大部分稀有气体来自彗星，”基本数学似乎说得通，坎平斯说。“但我认为大自然比这更复杂一点……两者发生的时间可能不一样。”

事实上，新的证据强调了来自更靠近地球的另一种太空岩石的存在。

当地的岩石

顽火辉石球粒陨石的成分与地球的原始构造块相似。由于它们形成于太阳系内部（位于我们这边的小行星带），天文学家将它们归类为“非碳质陨石”。虽然它们不像遥远的同类那样含有那么多水，但它们还是很有冲击力的。 《科学》杂志 2020 年的一篇论文得出结论，过去的天体物理模型大大低估了它们中的氢含量，从而推翻了“地球附近岩石是干燥的旧观念”，雷蒙德说。更酷的是，它们也有一个很有希望的 DH 比。

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正如雷蒙德今年夏天在《鹦鹉螺》杂志上所写，一系列最新研究已将地球上的氮和其他挥发性元素与顽火辉石球粒陨石联系起来。他还重点介绍了对火星锌的分析，表明来自太阳系内部的碎片将这种金属运送到了我们的邻居。如果这些陨石中存在锌，它们可能还携带着其他挥发性物质——具体来说，就是水。火星曾一度有液态水，可能还有一些水潜伏在冰盖下。

如果太空岩石将水带到了火星，那么它们是否也能够将水带到其他地方呢？“我们在这里学到的东西可能不仅适用于我们了解火星上的情况，”坎平斯说，“还适用于将水和有机分子带到其他恒星周围的行星的可能性，这将为生命形成提供一个有利的环境。”

将这些证据放在一起，我们就能得出一个结论，那就是地球可能存在大量潮湿的当地岩石和一些更遥远的冰球。雷蒙德说，氢、氮和锌同位素“都讲述了地球曾经湿润的同一个故事”：之前被忽视的非碳质陨石可能提供了地球上大约 70% 的水，而只有少量碳质陨石触及了地球广阔的蓝色表面。