以下只讨论不论以何种形态存在的水,在太阳系已经存在的水,最初是怎么可能混到地球来的。

学界目前的三大主流假说: 彗星或者小行星送过来的;来自富氢的原始大气;来自构成岩质地球的碳质球粒星子(Carbonaceous chondrite planetesimals)。还看过有个别非主流文章提出过原太阳星云与地球磁场相互作用产生一条可能的氢/水运输链进入大气。

要搞清楚谁最有可能,要先弄懂在这个问题上最重要的一个概念:氘氢比 (D/H)。氘是氢的同位素,比氢重,多了一个中子。地球上的水的氘氢比应该要与地球水的起源地差不多。太阳系中水广泛存在,每个地方的氘氢比不一样,这成为了追踪太阳系中水的踪迹一个最被普遍接受的工具。

1)水起源于彗星在早年是非常受欢迎的假说。毕竟来自太阳系外缘的彗星有好多水嘛。直到罗塞塔(Rosetta)任务首次探测彗星67P/Churyumov-Gerasimenko,泼了这个假说大大一盘冷水。因为罗塞塔发现那颗彗星的氘氢比比地球上的海洋高了三倍!通过一系列严谨的推理和计算, 虽然有Hatley2的存在(请拉到答案底部),很多研究者认为这颗彗星在柯伊伯带比较有代表性,彗星起源说可能要输掉了。但是不怕,不是还有小行星嘛,小行星带离地球更近,地球上发现的来自小行星的陨石也比较多,有研究表明地球上来自小行星的富水陨石的氘氢比跟地球比较接近!

2)水来自于原始大气是我个人很喜欢的一个假说。这个故事是说,早期太阳星云笼罩着厚厚的气体,其成分跟太阳差不多,富含氢和氦。而一些有引力的物体已经开始在太阳系形成了,有些甚至能迅速长到火星大小,能够吸积周围的气体形成富含氢的原始大气。而这些氢说不定可以在行星表面或内部被氧化,成为水。这个点子能成为主流之一是因为地球水的氘氢比比原太阳星云的氢高了6倍,但是!毕竟氢非常的轻,如果这原始大气能经历比较长期的氢逃逸,其氘氢比就上去了啊 (重的氘跑的没氢多啊)。这个故事也挺有一些间接证据支持的,比如地球内部竟然有大量深藏不露的氢;火星以及火星大小的物体的确可以在太阳系极早期迅速形成,等。但是,这个故事仍然经受着理论上的质疑,要将氘氢比提高6倍,氢逃逸的时长到底会不会长到离谱呢?

3)水其实来自于地球!的假说,是说,水及其他一些挥发物(volatiles)本来就储存在砌成地球这颗行星的砖块上——富含水的吸积星子(planetesimal),然后被释放出来。其中这些富含水的星子被认为大部分和碳质球粒陨石一个出处。这个假说被理论家们大力追捧,快成最主流的假说了。因为这个假说不仅在氘氢比上不存在问题(地球的氘氢比跟碳质球粒陨石接近),也同近年非常流行的太阳系形成理论之一,大迁徙假说(Grand Tack Scenario),高度吻合。因为早期木星的迁徙可以将外围富水的小石块带进内太阳系,给内行星的形成提供了“水分很多”的砖块,其总含水量远高于今天地球含水量。相当多的理论模型表示这完全行得通。

2)和3)都提供了水被储存在地球里的条件,那水怎么走出来的呢?很有可能通过早期地球表面幔海/岩浆(magma ocean)的蒸发,生出了次生大气,其主要成分是水和二氧化碳。而后地球逐渐冷却,水也变成液态停留在表面。

最后贴一张太阳系各处氘氢比对比图,图片版权看最后一行copyright:

请大家多多指教。

来源:知乎 www.zhihu.com

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