地球上的水是从哪里来的？ 第1页

地球上的水是从哪儿来的？科学家已经在这个问题上争了数十年。

当李白写下“君不见黄河之水天上来”的诗句时，他的本意或许是赞颂黄河一泻千里的气势。但近些年的科学研究却告诉我们：在科学上，李白可能是对的。

在一项发表于《自然·天文学》的最新研究中，一支国际联合团队为地球上的水找到了一个全新的地外来源。令人意外的是，在这个故事中，太阳起到了决定性的作用。

目前的假说主要包括两大类：“外源说”与“内源说”。换句话说，地球上的水是来自太空，还是由地球内部的反应生成？这在今天依然是一个开放的问题。

支持外源说的科学家认为，大约46亿年前，在行星形成的最后阶段，一类富含水的小行星——C型小行星（表面含碳的小行星）——或是其碎片撞向地球，为地球提供了水源。而它们落在地球上形成的碳质球粒陨石，就成了科学家验证这个猜想的线索。

不同来源的水有着各不相同的氢同位素比值（也就是氘的相对含量）。因此，科学家分析了碳质球粒陨石中水的氢同位素“指纹”。如果陨石的氢同位素组成与地球的水相符，科学家就能推测：C型小行星是地球水源最可能的来源。

然而，测量结果却令人失望：尽管有一部分碳质球粒陨石的氢同位素与地球的类似，但更多陨石样本的氢明显比地球的更重。这样的结果说明，如果外源说是正确的，那么除了C型小行星，一定还有氢比地球更轻的来源，这样才能平衡地球上水的氢同位素比值。

这项由英国格拉斯哥大学的科学家领导的最新研究，使用最先进的原子探针层析技术检测了来自另一类小行星——S型小行星——的材料。S型小行星的主要成分是硅质，它们比C型小行星更接近太阳。研究团队分析的样本来自糸川小行星，日本的“隼鸟”号小行星探测器曾经造访了这颗S型小行星并收集了岩石、矿物颗粒样本，于2010年送回地球。

原子探针层析技术使得研究团队能逐一测定样本颗粒中的原子结构，从而探测单个水分子。他们发现，有相当一部分水隐藏在尘埃大小的颗粒的表面之下。那么，这部分水为什么会出现在这里？研究人员指向了太阳风的空间风化作用。

太阳风主要是由氢和氦粒子组成的喷流，持续由太阳向空间的各个方向射出。当太阳风中的氢离子撞向小行星，或是撞向漂浮在空间中的尘埃颗粒的表面时，它们可以穿透数十纳米，在表层之下影响着矿物的化学成分。随着时间的推移，氢离子的空间风化作用能使矿物产生足够的氧原子，从而与氢离子结合形成水。

另一个重要信息在于，在太阳系形成初期，太阳风中氢的同位素比值很低，因此由这部分氢反应产生的水，也正是科学家希望找到的氢更轻的水源。

因此，我们可以想象出这样的画面：在早期太阳系中，空间里充满了尘埃，而太阳风的作用使得这些尘埃颗粒、S型小行星与此前提出的C型小行星降落至地球表面，共同构成了地球海洋来源的一部分。

这篇论文的共同作者，澳大利亚科廷大学的Phil Bland教授表示：“原子探针层析技术使得我们能看见难以置信的细节，深入探究颗粒表面50纳米厚的成分。这个经过空间风化作用的碎片边缘，包含了足够多的水。当我们等比例放大，就相当于每立方米的岩石含有20升的水。”

至此，这项研究为地球上水的外源说提供了全新的支持依据。这篇论文的共同作者，夏威夷大学教授John Bradley表示：“我们的研究首次表明，小行星表面可以产生水，并且进一步印证了太阳风与富含氧的尘埃颗粒作用，能产生水。由于在行星形成之前，尘埃在太阳星云中非常常见，它们不可避免地会受到太阳风的作用，而通过这个机制形成的水与行星系统中水的起源直接相关——当然，地球海洋可能也在此之列。”

       参考资料： [1]  Daly, L., Lee, M.R., Hallis, L.J. et al. Solar wind contributions to Earth’s oceans. Nat Astron (2021). https://doi.org/10.1038/s41550-021-01487-w [2] Space dust analysis could solve mystery of the origins of Earth’s water. Retrieved Nov 29th, 2021 from https://www.eurekalert.org/news-releases/936061     

▎药明康德内容团队编辑

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