大有學問,科學家也不完全知道地球上的水是從哪裡來的

水是地球上非常豐富的一種化合物。全球約有四分之三的面積覆蓋著水,地球上的水總體積約有13億8600萬立方千米,換成質量,有1.386×10的17次方(噸),也就是138.6億億噸。這無疑是一個天文數字。

那麼地球上這麼多的水到底是從哪裡來的呢?


大有學問,科學家也不完全知道地球上的水是從哪裡來的

從太空看地球是一個藍色水球


1、咱們先從最簡單的,也是最本質的問題開始說。

水,它到底是個什麼東西?

很多人都知道,水是構成我們生命的重要物質,水是一種無色、透明和無味的液體。

大有學問,科學家也不完全知道地球上的水是從哪裡來的

水是一種神奇的物質


讀過物理和化學的也都知道,水是一種化合物,由氫和氧組成,化學式是H20。而從科學方面去研究水,還要回溯到16世紀。

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水分子示意圖

16世紀,一位著名的醫生帕拉塞斯,他描述過鐵屑與酸接觸的時候有一種氣體產生。

17世紀,比利時著名的醫療化學派學者海爾蒙特,他也曾經偶然接觸過這種氣體,但是他並沒有把它收集起來。

18世紀,1766年,卡文迪許向英國皇家學會提交了一篇研究報告。這個報告的名稱是人造空氣。實驗講述了他用鐵鋅等金屬與稀硫酸稀鹽酸相互作用,製得了一種易燃的空氣,並且是用排水集氣法把它給收集起來進行研究。

他發現了一定量的某種金屬分別與足量的各種酸作用 都會產生氣體,而這種氣體的量是固定的,與酸的種類,濃度都無關。

還發現這種氣體與空氣混合之後,如果點燃會發生爆炸,更有意思的是與氧氣化合,居然還能生成水。

所以就很容易想到,水一定是可以分解成氧氣和這一未知氣體兩個部分。不過卡文迪什和普利斯特里一樣,仍然堅持認為水它是一種元素,用易燃空氣來稱呼這種新的氣體。

1782年 拉瓦錫重複了他們的實驗,並用紅熱的槍筒分解了水蒸氣,明確提出了正確的結論。水不是元素,而是化合物,由氫和氧組成。

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拉瓦錫的氫燃燒器

直到這個時候,人類才終於知道了水它本質上究竟是一種什麼東西, 今天的主題我們說的是水從哪裡來的,還需要再補充一下:氫和氧到底是從哪裡來的。

2、氫和氧到底是從哪裡來的

現在我們都知道氫是元素週期表上的頭號元素,在宇宙剛剛形成的時候,他是最先出現的化學元素。

氫原子他到底是什麼時候誕生的?

但當宇宙大爆炸後不久,溫度高達幾十億開,產生的都是基本粒子,質子也只是剛剛合成,直到宇宙降溫到3000開,宇宙溫度稍微低了些,這時原子核與電子才可以組合到一起。

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宇宙大爆炸想象圖


大爆炸70萬年之後,原子終於誕生了,氫元素也就誕生了。

然而還要在往後過大概4億年左右,引力的作用才佔據上風,恆星才終於形成。

3、恆星的內部機制

恆星內部的熱核反應主要有兩種,一種的稱為質子-質子反應,另外一種難稱為碳氮氧迴圈。

質子-質子反應相對來講比較好理解。就是兩個質子,也就是氫原子核相撞,聚合成了氦原子核。隨之釋放出來的,有光和能量。

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太陽無時無刻發生著核聚反應

我們太陽內部,主要就是這種反應,但是實際上這個過程更為複雜一些。

總共投入的,是四個氫原子核,產出一個氦原子和兩個正電子、兩個中微子,還有三個光子照到我們身上的陽光,就來自於這個反應。

另外一種碳-氮-氧迴圈,反應的投入與產出的物質與質子-質子是一樣的。

但是這裡呢多了幾個中間環節,看作為催化劑參加反應,而氮和氧只是中間的過程產物,所以說了半天講還是沒有作為產物出現。

作為主序星來說,最主要的能源產生機制就是氫-氦熱核反應。只有當恆星演化到後期溫度達到1億開以上時,氦也將被點燃,成為新的燃料,這就叫做氦燃燒。

氦核與氦核聚變產生了鈹核,第四號元素,鈹與氦,會繼續反應生成碳。六號元素碳與氦再反應生成氧,所以氧元素終於產生了。隨後還會產生更重的原子核,直到鐵,那個時候,恆星離死亡就不遠了。

最終會在壯烈的超新星爆炸中,將這些燒完的和沒燒完的物質全部拋向四周。

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超新星爆炸


如果宇宙沒有第一代恆星,那就不會有咱們太陽系。其實太陽就是第二甚至是第三代恆星。

我們現在知道宇宙的年齡大概是138億歲,而直到50億年前,在銀河系當中,一團巨大的氣體,塵埃雲才最終演化成了太陽,以及我們的太陽系。

大約到了46億年前,逐漸形成了我們所說的八大行星的出現。最早的地球,只是岩石和冰塊的簡單聚合體。

4、地球誕生

隨著地球質量越來越大,自身引力也不斷增大,隨後就開始收縮。這種收縮會提升核心的溫度,同時也是內部的那些放射性的元素會不停地發生衰變,也會釋放出大量的熱能。

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原始地球想象圖


這些熱量足以使整個地球處於熔融狀態。此時,密度大的物質就會往下沉,形成了地核,而輕物質上升,形成了地幔和地殼的這一部分。

值得注意的是,天空還時不時有各種隕石砸下來。

火山活動在這時候顯得非常的重要。因為噴發出來的,不僅僅是岩漿,還有此前太陽系原恆星盤當中,粘合在一起的冰塊。

這時候地球表面溫度是非常高,超過沸點所以水只能以水蒸氣的形式存在於原始的大氣中。

而天上掉下來的隕石,如果個頭較小,那麼在地球濃密的大氣中就已經燃燒殆盡,而它所攜帶的水冰自然也就被釋放出來,進入了大氣,繼而化作水蒸氣。

如果是個頭較大的撞到地球上也會產生巨大的熱量釋放出水蒸汽那由於溫度足夠高啊,只要是一星半點兒的水暴露在地球大氣或者是地球表面,他都會變成水蒸氣儲存在大氣當中。

整個過程大概有4億年之久。地球內部的溫度也逐漸降低,地殼逐漸的冷卻。氣溫降低到沸點以下,水蒸氣終於有機會凝結成雨滴。

5、地球上第一場雨

地球上終於下起了第一場雨。然而,這一場雨,竟連續下了千萬年之久了,最終,形成了最 原始的海洋。

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一場1000萬年的大雨

故事到這裡還沒有結束。在連續千萬年的大雨過後,地球開始穩定了,但是天空依然不平靜。

天空中的隕石、冰塊等,在太陽系剛剛誕生的時候,就已經在這一片塵埃中存在了,由於各個天體的影響,他們不斷地受到行星引力的影響,落入了地球範圍。直到現在,每年還有不少隕石以流星的方式落入地球。

有科學家估計,這些隕石每年會給地球增加20萬噸的水。也就是說,現在地球上的水,依然 還是在增加著的。

地球上的水它到底從哪裡來?這是一個古老的迷,其實到現在他仍然沒有一個確切的答案。但是呢我們現在其實已經可以通過多條線索,逐漸地把這張打亂的拼圖拼回接近完整的狀態。

第一代恆星以超星星的方式壯烈地結束其光輝的一生。恆星物質在劇烈的爆炸當中拋到星際空間,形成了星雲,其中就包含了氫氧碳氮等各種元素。這些物質在引力的作用下,形成了地球,包括其他的行星。隨著地球上的地核、地幔、地殼的形成,高溫高壓熔融狀態的岩石釋放出了水蒸汽,並且在地球引力作用下又留在了大氣中。隨著地球溫度的降低,凝結成了水滴下起了曠日持久的大雨,最終形成了原始海洋。再加上隕石、彗星墜落成為水。成為地球上尤其是地球表面液態水的重要補充。最終,形成了現在地球上的水。

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