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地球自己也能造水
汤伟/文
水是地球上最重要也是最常见的物质之一,它不仅覆盖了超过三分之二的地表,还深埋于地下.比如,在地壳之下、厚度约3000千米的地幔中,就储藏着总量可能使地球水量增加两倍的水资源,而在占据地球质量约30%的地核中,由于氢在高温高压下更容易与氧结合,地核可能含有比地幔还多的水.
不过,在地球诞生之初,地球可不是现在这个模样.科学家们认为,由于当时地球太接近太阳,像山一样大小的微行星又疯狂撞击地球,产生了巨大的热量,最初的地球可能就像传说中的“地狱”,地表温度非常高,滚烫的岩浆四处流淌,水或水蒸气无法存在.不过,随后,一个很奇怪的事情发生了,在相对较短的地质时间内,海洋突然出现了.这些水来自哪里呢？
研究者们提出了一种假设.在十亿年前,携带有水的小行星或彗星撞击了地球,炽热的地表蒸发了这些外来者带入地球的水分,富积在原始的大气中.随着地表冷却,水分开始凝固,以雨水的形式降落,形成了地球的海洋.
不过,一项新研究显示地球实际上也有造水的能力,而这一过程涉及到地球内部的化学反应.
在地壳和地幔中,广泛存在着一种叫做石英的造岩矿物.石英又叫硅石(即二氧化硅),通常情况下,物理性质和化学性质都非常稳定,但在上地幔（从地壳延伸到约410千米的深度）,有足够的热量和压强,可以使得这一材料产生化学反应.
具体来说,计算机模拟显示,一旦上地幔的温度达到1400摄氏度,压强比标准大气压高2万倍时,石英会与液氢发生反应,产生甲硅烷以及液态水.研究者们推测,这个化学过程可能是地球早期水来源之一.
2014年,一组日本科学家再现了这一化学过程.当他们模拟这一化学反应时,确实生成了液态水.而且一个更让人惊讶的发现是这些水并不是形成于石英表面,而是形成于石英中,并且承受的压强非常大,研究者估计这一压强达到20万个标准大气压,这里能量假如被释放,可能是触发深层地下地震活动的主要因素.
不过,化学反应引发地震这一假说还并未得到证实,而这一化学反应生成的液态水也可能总量不会那么大.现在,彗星或者小行星的碰撞可能还是地球大部分水的主要来源.
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