地球的水是从哪里来的？根据科学家的说法，不是来自融化的陨石

2025-03-30 08:29旅游百科

这幅图中的白色虚线显示了内太阳系和外太阳系之间的边界，小行星带大致位于火星和木星之间。图像顶部附近的气泡显示水分子附着在岩石碎片上，表明这种物体可能将水带到了地球。Credit: Jack Cook/Woods Hole Oceanographic Institution

（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（by University of Maryland）：水占地球表面的71%，但是没有人知道如此大量的水是如何或何时到达地球的。

发表在《自然》杂志上的一项新研究让科学家们离回答这个问题更近了一步。在马里兰大学地质学助理教授Megan Newcombe的带领下，研究人员分析了自45亿年前太阳系形成以来一直漂浮在太空中的熔化陨石。他们发现这些陨石的含水量极低——事实上，它们是有史以来测量到的最干燥的外星物质之一。

这些结果让研究人员排除了它们是地球水的主要来源，可能对在其他星球上寻找水和生命具有重要意义。它还帮助研究人员了解使地球成为宜居星球的不太可能的条件。

“我们想了解我们的星球是如何设法获得水的，因为这不是完全显而易见的，”纽科姆说。“在一个相对靠近太阳的小行星上获得水和表面海洋是一个挑战。”

这组研究人员分析了七块熔化的陨石，或称无球粒陨石，这些陨石在至少五颗星子分裂数十亿年后坠入地球，这些星子是我们太阳系中形成行星的物体。在一个被称为熔化的过程中，这些星子中的许多被早期太阳系历史中放射性元素的衰变加热，导致它们分成具有地壳、地幔和地核的层。

因为这些陨石是最近才落到地球上的，这个实验是第一次有人测量它们的挥发物。UMD地质学研究生Liam Peterson使用电子微探针测量了它们的镁、铁、钙和硅的水平，然后与Newcombe一起在卡耐基科学研究所的地球和行星实验室使用二次离子质谱仪器测量它们的含水量。

“分析极度干燥材料中的水的挑战在于，样品表面或测量仪器内部的任何地表水都很容易被检测到，从而污染结果，”该研究的合著者、卡内基科学研究所的科学家科内尔·亚历山大说。

为了减少污染，研究人员首先在低温真空炉中烘烤他们的样品，以去除任何表面水分。在样品可以在二次离子质谱仪中分析之前，样品必须再次干燥。

纽科姆说:“我不得不把样本放在涡轮泵下——一个真正高质量的真空——一个多月，以抽取足够的地下水。”

他们的一些陨石样本来自内太阳系，地球位于内太阳系，那里的条件通常被认为是温暖和干燥的。其他更罕见的样本来自我们行星系统更冷、更冰的外部区域。虽然人们普遍认为水是从外太阳系来到地球的，但还没有确定是什么类型的物体将水带到了太阳系。

“我们知道许多太阳系外的物体是不同的，但这有点含蓄地假设，因为它们来自太阳系外，它们肯定也含有大量的水，”伍兹霍尔海洋研究所的研究合著者兼地质学家苏恩·尼尔森说。“我们的论文显示情况绝对不是这样。陨石一融化，水就没了。”

在分析了无球粒陨石样本后，研究人员发现水不到其质量的百万分之二。相比之下，最潮湿的陨石——一种称为碳质球粒陨石的陨石——含有约20%重量的水，比纽科姆和她的合著者研究的陨石样本多10万倍。

这意味着星子的加热和融化导致了几乎全部的水分流失，不管这些星子起源于太阳系的哪里，也不管它们一开始有多少水。纽科姆和她的合著者发现，与普遍的看法相反，并非所有太阳系外的物体都富含水。这使他们得出结论，水很可能是通过未熔化的陨石或球粒陨石运送到地球的。

纽科姆说他们的发现在地质学之外还有应用。许多学科的科学家——尤其是系外行星研究人员——都对地球水的起源感兴趣，因为它与生命有着深刻的联系。

“水被认为是生命能够蓬勃发展的一个因素，所以当我们放眼宇宙并找到所有这些系外行星时，我们开始研究这些行星系统中的哪些可能是生命的潜在宿主，”纽科姆说。“为了能够了解这些其他的太阳系，我们想了解我们自己的。”

研究论文“早期形成的星子的脱气限制了水向地球的输送”，于2023年3月15日发表在《自然》杂志上。

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