是什么因素使得地球變得湛藍？

地球為什么是藍色的？

（溫室效應和板塊構(gòu)造對保持地球表面的水分至關(guān)重要。

圖源：NASA/Goddard Space Flight Center/Reto St?ckli, CC BY）

從太空俯瞰，地球是藍色的。由于地表的液態(tài)水，地球已經(jīng)變藍了40多億年。地球是如何在這么長的時間里面維持其地表的液態(tài)水的？

只有一個已知的行星表面有永久的液態(tài)水：我們的地球。地球科學使我們能夠解釋為什么地球幾乎總是藍色的：它既不太溫暖也不太寒冷。如果說地球最初是紅色和黑色的，那么它已經(jīng)藍了40多億年，只有極少數(shù)的例外是當它變得太冷時會變成一個白色的雪球。

這一令人難以置信的特征是由于水循環(huán)與板塊構(gòu)造、溫室效應以及太陽系結(jié)構(gòu)的相互作用造成的。如今地球的平均表面溫度約為15°C，比金星（465°C）冷，比火星（平均-60°C）熱。在地球上的海平面上，水在0°C以下結(jié)冰，在100°C時沸騰。因此，地球表面的溫度范圍在我們看來可能很大，但與其他行星相比，它實際上相當窄，并且已經(jīng)保持了數(shù)十億年。

溫室氣體發(fā)揮了它們的作用：

行星表面的平均溫度取決于三個參數(shù)的相互作用，這三個參數(shù)在一個行星和另一個行星之間可能有很大的差異：

1.來自太陽的能量。

2.表面的星體反照率，即它反射太陽輻射的程度。

3.溫室氣體將太陽輻射困在地球大氣中。如果沒有溫室氣體，地球表面的溫度將在-15°C左右，并且可能沒有液態(tài)水。

自從地球上出現(xiàn)第一個海洋以來，太陽光、反照率和溫室氣體之間的相互作用一直保持著相當穩(wěn)定的能量平衡。

在地球歷史的早期，年輕的太陽沒有那么明亮，我們的星球從中獲得的能量也更少。然而，二氧化碳和甲烷等溫室氣體的水平遠高于今天，這使得地表溫度保持在足以使水變成液體的水平。

溫室效應隨著時間的推移而減少，因為二氧化碳可以通過兩個過程從大氣中去除。首先，溶解在地表水中的二氧化碳的酸化作用導致巖石溶解，從而釋放鈣。鈣和溶解的二氧化碳結(jié)合形成碳酸鹽巖，如石灰石，這是主要的碳匯之一。

第二個碳匯是沉積巖中儲存的有機碳。陸地和海洋中的生物在光合作用過程中利用二氧化碳生成有機物，當生物死亡時，其中一部分沉積在海洋底部。在那里，有機物質(zhì)被整合到沉積巖中，在那里可以儲存數(shù)百萬年。

沒有構(gòu)造，就沒有海洋；沒有海洋，就沒有構(gòu)造：

雖然碳匯將二氧化碳從大氣中儲存起來，但火山和海洋山脊又將二氧化碳送回大氣中。這種輸送通過板塊構(gòu)造得以持續(xù)。在長時間內(nèi)，板塊構(gòu)造有助于將地球表面溫度保持在允許地表水變成液態(tài)的范圍內(nèi)。因此，液態(tài)水的存在與板塊構(gòu)造密切相關(guān)。這是怎么發(fā)生的？

（水、板塊構(gòu)造和一氧化碳的相互作用。圖源：Guillaume Paris）

它們是貫穿地球的海底火山鏈，在遠離海洋山脊之后通過俯沖向下移動到地球深處。在它們穿越海洋的數(shù)億年中，海洋板塊變成了水合物：它們的礦物質(zhì)與水結(jié)合，從而改變了它們的力學性質(zhì)。當它們被俯沖時，海洋板塊最終會脫水；釋放的水最終產(chǎn)生巖漿，形成花崗巖，這是大陸的基巖。沒有液態(tài)水，就沒有構(gòu)造，也就沒有大陸！

由于舊的海洋板塊循環(huán)進入地幔，新的板塊不斷地由大洋脊噴發(fā)的物質(zhì)形成。當這種物質(zhì)通過地幔上升到海底時，它冷卻并釋放二氧化碳，有助于維持溫室氣體

濃度。水仍然是液態(tài)的，地球仍然是藍色的，就像幾十億年來一樣。

從黑色、紅色變成藍色

（最古老的海洋的蹤跡：38億年前的枕狀熔巖——格陵蘭島，圖源：Guillaume Caro）

長期以來，人們一直認為是來自外太陽系的富含水的天體將水帶到了最近形成的地球。我們的一個團隊最近發(fā)表了一項研究，對這一假設(shè)提出了質(zhì)疑，并認為水——也就是氫和氧——可能是由形成地球的巖石帶來的。

45億年前，當?shù)厍蚴状涡纬蓵r，它可能太熱了，水在表面不可能變成液體。無論如何，如果有海洋的話，它們肯定會在年輕的地球和一個行星體（可能和火星一樣大）之間的巨大撞擊中蒸發(fā)，44億年前，這一撞擊融化了我們星球的表面，形成了月球。

撞擊后，隨著地球表面慢慢冷卻和固化，它很可能被黑色玄武巖覆蓋，既沒有生命也沒有水。冷卻巖漿釋放氫、氧和碳等元素，作為含有水、二氧化碳或甲烷等分子的氣體。因此，第一批海洋可能在撞擊后相對較快地形成。地球上已知的第一種礦物具有與液態(tài)水相互作用的化學特征。因此，地球可能已經(jīng)藍了44億年。地球表面海洋的第一個無可爭辯的證據(jù)是38億年前的海洋，其中包括最古老的海洋沉積物發(fā)現(xiàn)于格陵蘭島的伊蘇阿和阿基利亞島以及加拿大的努瓦瓦吉圖克島，以及最古老的枕狀熔巖，熔巖在水下冷卻時形成的獨特形狀的巖石。

（夏威夷附近水下形成的現(xiàn)代枕狀熔巖。圖源：NOAA）

無論是38億年還是44億年前，海洋的歷史都與地球和生命的歷史息息相關(guān)。今天，人類活動導致海洋變得更加酸性和溫暖。海洋不會消失，但其中的生命卻受到了威脅。我們的二氧化碳排放量超過全球火山排放量的70倍，危及地球表面和深層過程之間的現(xiàn)有平衡。我們的社會依賴這兩者。BY:Guillaume Paris

FY:Raywannabethelight

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