早在2016年，多伦多大学的地质学家宣布，他们在加拿大一个古老矿井的底部发现了20亿年前的水。这一说法基于溶解盐和稀有气体的存在，这表明水被隔离了多久。
然而，水本身至少有20亿年的历史，但这项研究并未揭示它何时形成。那么，这种水，或者说我们饮用的任何水，到底有多古老呢？
今天，我们得到了一个答案，这要归功于法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学的塞西莉亚·切卡雷利（Cecilia Ceccarelli）和中国紫金山天文台的杜福军，他们研究了水的形成方式以及地球上大部分水可能来自何处。
他们的结论是，我们饮用的大部分水是在大约45亿年前太阳系早期形成时形成的。换句话说，它比地球本身还要古老。
水侦探
解读如此久远的事情并不简单。“毕竟，我们手中只有这个过程的最终产物，”切卡雷利和傅说。
相反，他们通过观察银河系其他地方行星系统目前正在形成的方式来研究太阳系的历史。
切卡雷利和傅说，他们相信太阳系是分四步形成的。
这个过程始于一个分子云，它可能是早期恒星死亡时超新星爆发的残留物。这个云主要由氢、氦、氧和碳组成，并与微小的碳和硅酸盐颗粒混合——所有这些都在大约10开尔文的温度下。
研究人员说，这些颗粒在水的形成中扮演了极其重要的角色。在这个温度下，氧原子和分子倾向于附着在颗粒上，而更轻的氢则从一个颗粒跳到另一个颗粒。在这种情况下，经过数百万年，氢与氧反应形成水。
“在第一步中，几乎所有可用的元素氧都被困在水冰中，”切卡雷利和傅说。
云内的引力作用使其凝结、升温并开始旋转，形成一个原行星盘，其中水是最丰富的分子。所有这些作用的中心是一个越来越热的团块，称为原恒星。
原行星盘是一个复杂的区域，水根据其温度形成蒸汽或凝结成颗粒周围的冰。
在这个阶段，颗粒开始聚集形成原行星、小行星和彗星。“被困在聚集颗粒中的水随后在岩石行星中释放，并保持冻结在遥远寒冷的小行星和彗星中，”切卡雷利和傅说。
尽管这个过程的复杂性相当大，但研究人员总结说，地球上的大部分水就是这样来到这里的。
到目前为止，这就是天文学家们想象其他太阳系形成时发生的情况。“一个关键问题是，这45亿年前的水是否以及有多少到达了地球，”研究人员说。
事实证明，有一项特殊的证据有助于证实地球上的水来自这种星际过程。
原始氢是两种同位素的混合物。第一种是普通氢，原子核只有一个质子；而第二种是氘，其核心有一个质子和一个中子。
重水
在尘埃颗粒表面形成水涉及这两种同位素在一个复杂的、可逆的过程中。因此，当水形成时，它也可以分解成其原子组成部分。
但是因为氘比氢重，所以重水分解的可能性较小。因此，经过数百万年，这种水的形成过程倾向于将氘浓缩在重水中。
事实上，原始氢中大约每10万个氢原子含有一个氘原子。但在原行星盘中，氢与氘的比例可以达到约100:1。
所以，如果我们的饮用水来自这个过程，它应该具有这个特征。“没有其他方法可以获得如此大量的重水，”研究人员说。
事实证明，我们的水确实具有这个特征。“地球上的‘重水与普通水’的比例大约是宇宙中元素氘/氢比的10倍，”切卡雷利和傅说。“这是一个非常精确的迹象，表明至少一部分到达我们的水是在太阳系诞生的原始分子云团中形成的。”
研究人员说，这些证据表明，我们今天饮用的水中有高达50%可能来自这个过程，并通过称为星子的小天体输送到地球。但他们接着说，这种情况发生的具体方式尚不清楚。
尽管如此，这意味着你每次喝水，都是在饮用一个45亿年前的源头，它追溯到太阳系的形成。干杯！
参考资料：我们喝的是45亿年前的好水：arxiv.org/abs/2212.05441
