形成海洋
当你眺望大海时,很难想象这片波涛汹涌的水域会以其他任何方式存在。但研究人员表示,覆盖我们星球大部分表面的 H2O 曾经是截然不同的东西:一条在银河系中穿行的氢流。只有在地球上,这种氢才与氧结合,形成了我们今天所知的这个水世界。
关于地球全球海洋的形成,有许多理论。富含冰的彗星可能提供了一些地球的水;而含水量较少的 the asteroids,也可能为地球的水库增加了水量。“但对于太阳系形成初期的水源,还有另一种思考方式,”该团队的科学家、亚利桑那州立大学(ASU)地球与空间探索学院(SESE)的 the astrophysics 教授 Steven Desch 在一份声明中说。“因为水是氢加上氧,而氧是丰富的,任何氢源都可以成为地球水的起源,”Desch 说。
宇宙尘埃和气体
氢气是太阳星云的主要成分之一,太阳星云是由形成我们太阳系的太阳和行星的气体和尘埃组成的。
当行星形成时,来自太阳星云的氢被吸收到行星的内部。虽然大部分氢仍被锁在地下,但 Desch 和他的团队发现,其中一些氢可能与地球上的其他物质中的氧结合,进而形成了我们星球的全球海洋。
因此,研究地球内部的氢含量,可以帮助科学家了解在行星形成期间是否有足够的氢存在,足以贡献到我们海洋的水量中。
为了研究这一理论,该团队测量了地球上普通氢原子(H)与“重”氢(也称为氘,或 D)的比例——即 D/H 比率。地球全球海洋中的水以及溶解在其地幔中的水的 D/H 比率约为百万分之 150(ppm)。小行星水的 D/H 约为 140 ppm,而彗星水的 D/H 范围为 150 ppm 至 300 ppm。这使得小行星(因为彗星水的 D/H 如此之高)比彗星更有可能是水源。
由于太阳星云中氢的 D/H 比率非常低——21 ppm——研究人员以前已经排除了它作为水源的可能性。SESE 和 ASU 分子科学学院的助理研究教授、该研究的首席作者 Jun Wu 表示,这样做可能并不完全正确。飘散到早期地球的氢可能经历了一系列地球化学过程,大大提高了其重氢含量,从而形成了我们今天看到的 D/H 比率。如果属实,它可能也是地球水的另一个来源。
为了弄清楚这一点,该团队创建了一个早期地球地幔的计算机模型,并加入了氢,观察其变化。
除了计算机建模,该团队还采集了地幔岩石样本。“我们计算了这些地幔中溶解的氢有多少可能进入了它们的核心。然后,我们将此与地球深层地幔样本中 D/H 比率的近期测量结果进行了比较,”Desch 说。
该团队根据溶解的氢含量发现,地球的地幔中隐藏着约两个海洋的水量,核心中则有约四到五倍。他们估计,地球上每 100 个水分子中,大约有 1 个来自太阳星云。其余大部分来自小行星,有些来自彗星。
该团队已将这项研究成果 发表 在《地球物理学研究杂志》(*Journal of Geophysical Research*)上。














