地球上水的起源

水是地球不可或缺的基本组成部分，在生命的维持以及各种地质和生态过程的运作中发挥着至关重要的作用。 几个世纪以来，我们星球上水的存在一直让科学家和研究人员着迷，催生了大量旨在解开其起源之谜的研究和理论。 了解地球水的来源不仅是一项科学追求，而且对我们理解塑造早期太阳系的更广泛过程也具有重要意义。

水对地球的重要性：

正如我们所知，水对于生命至关重要。 其独特的性质，如高热容量、优异的溶解能力以及以三种状态（固态、液态和气态）存在的能力，使其成为各种地球过程的关键参与者。 它是生物有机体的重要组成部分，是生化反应的媒介和无数物种的栖息地。 此外，水调节温度，通过侵蚀塑造景观， 风化，并影响气候模式。

人类对水的依赖超出了基本生存的范围，延伸到农业、工业和能源生产。 水资源的可用性在历史上影响着文明的发展和分布。 因此，对地球水起源的研究不仅是一项科学探究，而且对管理和维持地球上的生命具有实际意义。

了解水源的历史意义：

了解地球水的起源的探索有着悠久的历史，不同的文化和科学传统都为这一智力追求做出了贡献。 在古代，神话和创世故事常常将水作为一种原始元素，强调它在世界形成中的重要性。

在现代，随着研究人员开始探索天体的组成和早期太阳系的普遍条件，对水起源的科学好奇心不断增强。 当科学家试图解释地球上水的存在时，关于水输送机制的理论（例如彗星撞击和小行星的贡献）出现了。

行星科学、天文学和地球化学的进步使研究人员能够研究地球水的同位素组成，并将其与潜在的地外来源的同位素组成进行比较。 这种跨学科方法为我们星球上丰富的水的可能来源和过程提供了宝贵的见解。

总之，地球上水的起源是一个具有持久科学意义的话题，它对我们理解地球的历史、生命的发展以及塑造太阳系的更广泛过程具有重要意义。 揭开地球水之谜的持续探索继续推动着研究和探索，将不同领域的研究汇集在一起​​，共同努力解开地球液体命脉的秘密。

太阳系的形成

早期太阳系概述：

太阳系大约在 4.6 亿年前由一片巨大的旋转气体和尘埃云（称为太阳星云）形成。 该云在重力的影响下塌陷，导致太阳和周围行星系统的形成。 早期的太阳系是一个动态环境，其特征是强烈的热量、辐射以及各种粒子和材料的存在。

太阳和原行星盘的形成：

当太阳星云塌缩时，其大部分质量聚集在中心，形成太阳。 其余的物质扁平化成一个旋转的圆盘，称为原行星盘，围绕着年轻的太阳。 这个圆盘由气体和尘埃颗粒组成，包括氢、氦等元素，以及前几代恒星产生的重元素。

在原行星盘内，粒子之间的碰撞和引力相互作用导致形成更大的物质团，称为星子。 来自年轻太阳的强烈热量导致盘的内部区域主要由岩石材料和金属组成，而外部区域则包含更多冰态的挥发性化合物。

星子和原行星的发展：

星子是小型固体，大小从几米到数百公里不等。 随着时间的推移，这些星子继续碰撞和合并，形成更大的物体，称为原行星。 原行星之间的引力相互作用进一步促进了生长过程，导致行星胚胎的形成。

随着原行星继续从原行星盘吸积物质，它们也开始清除轨道上的碎片。 这个过程标志着从原行星到行星的转变。 太阳系中的行星根据其组成和特征可大致分为两类：

1. 类地行星： 内行星，包括水星、金星、地球和火星，其特点是由岩石组成且尺寸相对较小。
2. 木星行星（气态巨行星）： 外行星，木星，土星，天王星和海王星，要大得多，并且主要由较轻的元素组成，例如氢和氦。 这些行星还拥有广泛的光环系统和众多的卫星。

太阳系的形成涉及复杂的引力、碰撞和原行星盘内物质重新分布的过程。 在构成今天太阳系的行星和其他天体的不同特征中，仍然可以观察到这个充满活力的时代的遗迹。 对这些早期过程的研究为宇宙中行星系统的形成和演化提供了重要的见解。

后期猛烈轰炸假说

晚期重轰炸（LHB）是一个理论上的事件，据信发生在大约 3.8 至 4.1 亿年前的太阳系历史早期阶段。 这一时期的特点是在内行星（包括地球、月球、火星和水星）上的撞击事件发生率突然增加，特别是彗星和小行星。 晚期重轰炸假说表明，这些天体经历了大量撞击，导致了广泛的陨石坑并塑造了这些行星和卫星的表面。

后期猛烈轰炸的解释：

后期猛烈轰炸的确切原因仍然是科学研究和争论的话题。 一个主要的假设是，巨行星（尤其是木星和土星）之间的引力相互作用导致了它们轨道的重新排列。 这种引力扰动导致彗星和小行星从太阳系外部区域散射，将它们送向与内行星相交的轨道。

结果，这些物体的大量撞击与内行星的表面相撞，造成了强烈的陨石坑并改变了这些物体的地形。 晚期重轰炸期被认为是太阳系历史上的一个关键阶段，影响行星表面的演化，并可能影响地球早期生命的发展。

彗星和小行星的作用：

彗星和小行星在后期猛烈轰炸中发挥了核心作用。 彗星是由水、冷冻气体、灰尘和其他挥发性化合物组成的冰体，而小行星是岩石或金属体。 后期重轰炸期间彗星和小行星的撞击产生了几个重大影响：

1. 缩孔和表面改性： 这些天体的撞击导致行星表面出现广泛的陨石坑。 例如，月球以撞击坑的形式保存了这种强烈轰击的记录。
2. 挥发物的输送： 彗星富含挥发性化合物，包括水冰。 彗星的影响可能有助于将水和其他挥发性物质输送到包括地球在内的内行星。

撞击期间向地球输送水：

据信，后期重轰炸期间彗星的撞击在将水带到地球的过程中发挥了至关重要的作用。 早期的地球可能是一个炎热干燥的环境，富含水的彗星的输送提供了水源，最终促成了地球海洋的形成。

彗星在撞击事件中释放的水会在碰撞时蒸发，但随后在冷却时凝结并积聚在行星表面。 这一过程被认为是地球获取水的机制之一，影响着生命所需条件的发展。

总之，后期重轰炸期是一段强烈的小行星和彗星撞击的时期，它极大地塑造了包括地球在内的内行星的表面。 彗星在这次轰击期间输送水是该假说的一个关键方面，它提供了对地球水的起源和早期太阳系更广泛的动力学的见解。

从地球内部放气

火山活动概述：

火山活动是一种地质过程，涉及岩浆（熔岩）、气体和其他物质从地球内部释放到其表面。 这一过程与火山喷发有关，火山喷发可以采取多种形式，包括火山灰云、熔岩流和更渐进的喷发。 火山 是体现火山活动的主要地质特征。

火山活动发生在构造板块相互作用的板块边界和热点地区。 通常观察到火山活动的板块边界主要有以下三种类型：

1. 不同的边界： 板块相互远离，在地壳中形成间隙。 岩浆上升填补这些间隙，导致新地壳的形成。
2. 收敛边界： 板块发生碰撞，一个板块被迫在另一个板块下方，这一过程称为俯冲。 这个可以 铅 俯冲板块的熔化和岩浆的产生上升到地表，导致火山弧。
3. 热点： 这些区域的岩浆从地幔深处升起，产生局部火山活动。 热点可能出现在远离板块边界的地方，并且通常会形成岛链。

地幔中气体的释放：

地幔位于地壳下方，是由岩石和地幔组成的半固态层。 矿物质。 火山活动为地幔中的气体提供了到达地表的途径。 火山喷发期间释放的最常见气体包括：

1. 水蒸气（H2O）： 水是火山气体的主要成分，以蒸汽和岩浆中溶解水的形式释放。
2. 二氧化碳（CO2）： 这种温室气体在火山喷发期间释放，有助于碳循环。
3. 硫 二氧化硫（SO2）： 火山排放的二氧化硫会导致大气中形成硫酸盐气溶胶，影响气候和空气质量。
4. 其他气体： 火山气体还可能包括氮气、甲烷、氢气和痕量的其他化合物。

水蒸气对大气的贡献：

火山喷发期间释放的水蒸气是地球大气的重要贡献者。 从地幔释放的水蒸气会产生多种影响：

1. 气候影响： 水蒸气是一种温室气体，火山活动期间释放的水蒸气可能会造成短期气候影响。 然而，总体影响取决于喷发的规模和持续时间。
2. 云的形成： 火山喷发时释放的水蒸气可以在大气中凝结，形成云。 这些火山云可能对当地和全球的天气模式产生影响。
3. 海洋水源： 在地质时间尺度上，火山活动不断释放的水蒸气促进了地球海洋的形成和补充。 火山喷发期间释放的水最终凝结并以降水形式落下。

虽然通过火山放气将水输送到地球表面是一个持续的过程，但如前所述，晚期重轰炸也被认为是地球含水量的重要贡献者，为地球带来了富含水的彗星。 数十亿年来，这些过程共同塑造了地球的大气层和表面。

彗星和小行星的作用

彗星和小行星的组成：

彗星和小行星是在早期太阳系中发挥着至关重要作用的天体，并继续影响着包括地球在内的行星的动力学。

彗星： 彗星是由挥发性化合物、水冰、尘埃和其他有机分子组成的冰体。 彗核是一个固态的冰核，大小从几公里到几十公里不等。 当彗星接近太阳时，太阳辐射会导致挥发性物质升华，产生发光的彗发（气体和尘埃云），并且通常会形成一条远离太阳的彗尾。 彗星的成分包括水冰、二氧化碳、甲烷、氨和复杂的有机分子。

小行星： 小行星是岩石或金属物体，大小从几米到数百公里不等。 它们是早期太阳系的残余物，主要由矿物、金属和岩石材料组成。 小行星被发现于火星和木星之间的小行星带，但它们也可能存在于太阳系的其他区域。

支持他们对地球水的贡献的证据：

1. 同位素组成：
   • 地球水的同位素组成，特别是氘与氢的比率（D/H 比率）已被研究。 人们经常发现彗星水的 D/H 比率与地球海洋中观测到的值相匹配，这支持了彗星可能是地球水源的观点。
2. 早期太阳系的动力学：
   • 太阳系形成的后期涉及动态过程，例如巨行星的迁移和晚期重轰炸。 这些过程可能会将彗星和小行星分散到太阳系内部，从而对地球造成影响并导致水的输送。
3. 彗星和小行星中水的观测：
   • 欧洲航天局对 67P/Churyumov-Gerasimenko 彗星的罗塞塔任务等太空任务提供了对彗星上水冰的直接观测。 此外，对小行星残留物陨石的分析表明存在水合矿物质，这表明小行星可能含有水。

天体供水模型：

1. 彗星撞击模型：
   • 该模型表明，在晚期重轰炸期间，彗星撞击地球，释放出水和挥发性化合物。 撞击过程中产生的热量会导致彗星中的水蒸发并促进地球海洋的形成。
2. 小行星的贡献：
   • 众所周知，小行星，特别是碳质球粒陨石含有含水矿物质。 有人提出，小行星通过撞击将水释放到地球大气层中。 随着时间的推移，水蒸气可能会凝结并形成海洋。
3. 组合型号：
   • 一些模型提出彗星和小行星对地球水的贡献相结合。 彗星和小行星的不同成分可以解释地球水中观察到的同位素比率的变化。

彗星和小行星对地球水的确切贡献仍然是一个活跃的研究领域，正在进行的太空任务和天体研究继续为我们太阳系的早期历史和地球上水的起源提供有价值的见解。

重点摘要

1. 地球上水的起源：
   • 地球上的水可能有多种来源，包括彗星和小行星，以及火山活动期间从地球内部排出的气体。
   • 晚期重轰炸假说表明，特定时期的彗星撞击对地球的水含量有显着贡献。
2. 火山放气：
   • 火山活动将包括水蒸气在内的气体从地幔释放到地表。
   • 这一过程不仅塑造了地球的景观，还有助于大气的组成和海洋的形成。
3. 彗星和小行星的组成：
   • 彗星是由水冰、挥发性化合物和有机分子组成的冰体。
   • 小行星是主要由矿物、金属和岩石材料组成的岩石或金属体。
4. 对地球水的贡献：
   • 地球水的同位素组成以及对彗星和小行星的观测支持了这些天体在向地球输送水的过程中发挥了作用的观点。
   • 彗星撞击和小行星的贡献，特别是在后期重轰炸期间，被认为是水输送的重要机制。
5. 供水型号：
   • 彗星撞击模型表明彗星在碰撞过程中向地球输送了水，而小行星贡献模型则提出小行星通过撞击将水释放到地球大气层中。
   • 一些模型考虑彗星和小行星贡献的组合来解释地球水中观察到的同位素比率的多样性。

了解地球上水的起源的意义：

1. 生活基础： 正如我们所知，水对于生命至关重要。 了解其起源可以深入了解生命在地球上出现和繁衍生息所需的条件。
2. 地球的地质历史： 研究水的起源有助于我们了解地球的地质历史，包括火山活动和晚期猛烈轰炸等过程。
3. 行星形成： 对地球水起源的深入了解有助于我们更广泛地了解行星形成和太阳系中水的分布。

对在其他行星上寻找水的影响：

1. 宜居性评估： 了解向地球输送水的机制有助于在其他行星上寻找水。 它有助于评估这些行星和卫星的潜在宜居性。
2. 系外行星研究： 对地球上水起源的研究指导着在系外行星系统中寻找水。 它提供了根据系外行星的含水量评估其宜居性的标准。
3. 天体生物学： 了解水的起源对于天体生物学至关重要，它可以指导寻找可能支持地球以外生命的环境。 水是天体宜居性的关键因素。

总之，解开地球上水的起源不仅是对地球历史的一次令人着迷的科学探究，而且对于了解行星的形成、宜居性和宇宙中生命的潜力也具有更广泛的意义。 从地球水故事中汲取的经验教训有助于对其他天体的持续探索和对地球以外生命的寻找。

参考资料

1. 地球上水的起源：
   • 莫比德利，A.，等人。 （2000）。 “向地球输送水的来源区域和时间尺度。” 流星学和行星科学。
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3. 火山放气：
   • Marty, B. 和 Tolstikhin, IN (1998)。 “来自洋中脊、洋弧和羽流的二氧化碳通量。” 化学地质学。
4. 彗星和小行星的组成：
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5. 供水型号：
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   • 卢宁，吉（2005）。 “地球和行星的大气层。” 地球与行星科学年度评论。
7. 对在其他行星上寻找水的影响：
   • 华兹华斯，R. 和皮埃尔亨伯特，RT (2014)。 “类地宜居带行星上以非生物氧为主的大气层。” 天体物理学杂志。