关于海洋你都了解哪些知识呢（小溪江河汇聚成大海）

新形成的行星系统周围的尘埃和气体。 NASA

地球的海洋是从哪里来的？美国亚利桑那州立大学地球与空间探索学院（SESE）和分子科学学院的Peter Buseck教授领导的研究小组找到了答案。SESE天体物理学教授Steven Desch说：“彗星含有大量的冰，可能是一些水的来源。此外，小行星也是一个来源。但是还有一种解释：水源来自太阳系形成时期。因为水是氢加上氧，而氧气是丰富的，所以任何氢的来源都可能成为地球水的来源。”氢气是太阳星云中的主要成分，如果星云中丰富的氢气能够和地球的岩石物质结合，那么这可能是地球全球海洋的最终起源。该研究近期发表在《地球物理学研究杂志》。

为了区分水的来源，科学家们转向同位素化学标记法，测量两种氢的比例。氢原子同位素被称为“重氢”或氘，其符号为D，它的原子核由一颗质子和一颗中子组成，在大自然的含量约为一般氢的7000分之一。D原子数与普通H原子数的比值称为D/H比，它是氢气来源的指标。例如，小行星水的D/H约为百万分之140（ppm），而彗星水的D/H则更高，从150ppm到300ppm不等。

科学家们知道，地球表面有一个全球性的海洋，还有大约两个以上海洋容量的水溶解在地幔岩石中。该水具有约150 ppm的D/H比，正好与小行星来源的水相一致。而彗星由于较高的D/H值不可能是水的主要来源；太阳星云中氢气的D/H值只有21ppm，也不是地球水的来源。但是，吴的团队认为其它因素和过程已经改变了地球氢的D/H比值。吴说：“这意味着我们不应该忽视已经溶解的太阳星云气体。”

研究该问题和关键在于将物理和地球化学结合起来的过程，研究小组发现，这一过程在使地幔中氘的相对含量提高的同时，也浓缩了地核中的氢。当太阳的行星开始形成，并经行星胚胎的融合进一步“发育”时，这个过程就已经开始了。这些月球到火星大小的物体在早期的太阳系中生长非常迅速，碰撞和吸积来自太阳星云的物质。在行星胚胎中，衰变的放射性元素熔化铁，攫取氢并沉没形成核心。最大的胚胎经历了碰撞，熔化了它的整个表面，形成了科学家口中的岩浆海洋。岩浆中的铁水会从原始星云中攫取氢，铁携带着这些氢以及其它来源的氢进入行星胚胎的地幔。最终氢开始集中在行星胚胎的核心。

另一个重要的过程在铁水和氢气之间进行。D原子不像H原子那样喜欢铁，因此在熔融铁中造成H的轻微富集，在岩浆中留下相对较多的D。在这种方式下，岩芯内的D/H比逐渐发展得比岩浆海冷却后形成的硅酸盐地幔的更低。随后进入第二阶段，行星胚胎碰撞合并成为原地球。重新在表面形成了岩浆海洋，残留的铁和氢可能会重复经历与第一阶段类似的过程，从而完成将两种元素输送到原地球核心的过程。

吴教授补充道：“除了行星胚胎捕获的氢气之外，我们预计它们还捕获了早期太阳星云中的一些碳、氮和稀有气体。这应该在最深的岩石化学中留下一些同位素痕迹。”研究小组对这一过程进行了建模，并根据地幔岩石的样本进行了预测，这些岩石在今天的地球表面十分罕见。

Desch说：“我们计算了原地球地幔岩石中的溶解氢最终会达到原地球核心的含量。然后把这个结果与地球深部地幔样品的D/H比值进行了比较。”这让他们可以设定地核和地幔中氢含量的上限。“最终的结果是，地球可能由相当于全球七到八个海洋的氢气组成。其中大部分来源于小行星。但有十分之一的氢来自于太阳星云气体。”此外，吴教授也表示如果把储存在多个地方的氢气量加起来，地幔中的水相当于两个全球海洋，地核相当于四到五个海洋，当然还有一个真正的海洋位于地表。

研究小组说，这项新发现完全符合当前太阳和行星形成的理论，也适用于太阳系以外的可居住行星。天文学家已经发现了3800多颗围绕其它恒星运行的行星，其中许多看起来像岩石体，与地球没有太大的不同。

许多距离水源丰富的小行星区域较远的系外行星仍然可以像地球那样从它们自己的恒星星云中收集氢气。研究小组得出结论：“我们的结果表明在太阳系外足够大的岩石行星上形成水是很有可能的。”

编译：小贝 审稿：alone 责编：唐林芳

期刊来源：《地球物理学研究杂志》

原文链接：https://phys.org/news/2018-11-geoscientists-overlooked-source-earth.html

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