簡介：研究表明地球表面可能曾經(jīng)被水完全淹沒，科學家認為地球的整個地?？梢匀菁{了地球表面海洋所含水量的2.3倍。

地球的主要層由薄巖石地殼、地幔(非常熱但堅硬的巖石)、外核(液態(tài)鐵)和內(nèi)核(固態(tài)鐵)組成。

裂谷(右)是構(gòu)造板塊分裂的地方。俯沖帶(左圖)是一個板塊俯沖到地幔中另一個板塊之下的地方。圖片來源:Getty Images / Christoph Burgstedt/ Science Photo LibraryZoom In

當?shù)厍蜻€很年輕的時候，它可能被水覆蓋著，就像這幅數(shù)碼畫所描繪的那樣。攝影：Getty Images / Marc Ward/Stocktrek ImagesZoom In

一項結(jié)合了物理模型和實驗的巧妙新研究進一步證明了數(shù)十億年前地球是一個水世界，被是如今地表水兩倍的水所覆蓋，甚至可能連最高的山峰也被淹沒了。

這不能說是證據(jù)，但是事實逐漸一致地指向了這個答案。

這個奧秘藏在地幔里。這是一層極熱(但未熔化)的巖石，位于相對較薄的地殼之下，延伸到地表以下近3000公里，包含地球質(zhì)量的三分之二。地幔的壓力和溫度產(chǎn)生了表面上找不到的礦物質(zhì)，如石斑石、菱木石和橋菱石，都是以橄欖石的形式存在。

這些礦物質(zhì)可以在它們的結(jié)構(gòu)中儲存水分，最多可以儲存其重量的3%。這聽起來可能不多，但請記住，地幔占據(jù)了地球的大部分質(zhì)量。地下有很多這樣的礦物質(zhì)，它們可以儲存很多水。

關(guān)鍵在于，他們可以貯存多少，他們現(xiàn)在貯存了多少，以及他們過去可以貯存多少？有人做過一些實驗來模擬地幔的條件，他們使用鉆石鉆碾碎被加熱到高溫的礦物粉末，然后測量其中容納了多少水。

這項新的研究著眼于調(diào)查這些礦物質(zhì)根據(jù)其壓力和溫度對水的保持性，并將數(shù)據(jù)與礦物質(zhì)的表現(xiàn)模型相吻合。他們得到的結(jié)論相當驚人：地球的整個地?？梢匀菁{的水是目前地球表面海洋質(zhì)量的2.3倍(他們實際上發(fā)現(xiàn)的范圍在1.9到4.4之間，2.3是中間值)。換句話說，即使你把地球上所有的水都拿走——大約1.4 × 1018噸，也就是140億億噸——地幔依然可以在其礦物質(zhì)中儲存兩倍多的水。

這是它現(xiàn)在可以貯存的水量。

在以前，地幔更熱。這也是新研究變得有趣的地方。三四十億年前，地幔大概比現(xiàn)在熱300°C左右（現(xiàn)在的溫度有波動范圍，但大概是1,300°C）通過觀察實驗和使用模型，科學家們發(fā)現(xiàn)溫度更高的礦物質(zhì)不能容納同樣多的水。這較熱的地幔只能容納地球現(xiàn)在表面水量的0.52-1.69倍，中間值約為0.8。

這是嚴重減少了。如果地?，F(xiàn)在的水容量值是正確的，這就意味著過去的地幔不可能有現(xiàn)在那么多水。那就意味著，我們現(xiàn)在看到的水一定來自某個其他地方。

他們假定，很久之前，地球上曾經(jīng)有多得多的水，甚至有可能是現(xiàn)在的兩倍。滲進地殼的水可能使地殼變得相對脆弱，因此才有了第一次地殼運動。當一個板塊滑到另一個板塊下時（這叫俯沖），它把水也一起帶了進去，從此水就被儲存在地幔里了。隨著時間的流動和地幔的冷卻，它可以貯存越來越多的水（而且當?shù)蒯＠鋮s時它更容易形成瓦茲利石和尖晶橄欖石，因此可以吸更多的水）。他們認為，隨著時間的推移，地幔吸收了地表大約一半的水，只留下我們今天所看到的。

這是件在讀這篇論文前我都不知道的事: 通過俯沖作用進入地幔的水和通過火山從地幔釋放的水之間有交換。凈效應是地表水估計每年有10億噸之多流失到地幔中！這可是相當令人震驚。

這相當于每年一立方千米。雖然這可能看起來很多，但是這其實比起遼闊的海洋，這只是一小部分。盡管如此，超過十億年的時間中這數(shù)字確實累積起來了。毫無疑問，凈數(shù)量隨著時間的推移發(fā)生了變化，但就地球生命而言，這一損失足以解釋海洋表面減半的原因*。

還有其他證據(jù)表明古代地球也有更多的水，包括同位素比率的變化和其他礦物學研究(如果這聽起來很熟悉，類似的事情可能也發(fā)生在數(shù)十億年前的火星上)。

地球充滿水的想法當然是一個有趣的想法(也是一兩部電影的基礎(chǔ))，但這不僅僅是一個空想。它真的可以改變我們對生命起源的看法! 一種關(guān)于生命起源的觀點是有機分子和其他物質(zhì)會在陸地上的潮汐池中被混合在一起，使得可以變得更加復雜，最終達到生物狀態(tài)。如果沒有土地，這事就不會發(fā)生。另一方面，這可能加強了生命是在深海中由熱液噴口形成的這樣一種觀點，在那里，地殼深處噴出的化學物質(zhì)和熱量可以起到這樣的作用。

我們的存在是否歸功于稍熱的地幔和奇異的礦物，比如最近才發(fā)現(xiàn)的華氏石、林伍德石和菱鎂石?

想到地球可能處于如此微妙的平衡中，是多么奇怪，但事情就是這樣。我們的生物圈是一個脆弱的東西，受制于無數(shù)可以改變它的瘋狂的力量。我認為，這是需要記住非常重要的一點。

嗯，以前是的。隨著全球變暖，北極、南極和格陵蘭島的冰帽融化，這些冰每年的融化導致地球表面增加1500億噸水，遠遠超過了由于地幔的損失。

BY: Phil Plait

FY: 雁起鷹落

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