地球发现的水从哪里来（地球上的水从哪来）

澎湃新闻记者 刘航

与太阳系中的其他岩石行星相比，地球上的水非常丰富，海洋覆盖了70%以上的地表。不过，地球上水的来源一直都是一个有争议的问题。

当地时间11月29日，发表在国际知名期刊《自然-天文》的一项研究显示，太阳可能是一个来源。该论文标题为“Solar wind contributions to Earth’s oceans”（太阳风对地球海洋的贡献）。

研究人员发现，太阳风由来自太阳的带电粒子组成，这些粒子主要为氢离子，在太阳系早期撞击地球的小行星携带的尘埃颗粒表面形成水。

实际上，关于地球水的来源有不同说法。一种观点认为地球上的水是富含水的彗星、小行星撞击地球带来的；也有观点认为地球起源时，形成地球的物质中就有水。大多数当前地球形成的动力学模型都假设地球上的大部分水是“外源”的。

判断水来源的一种方式是看D/H的匹配程度。水由氢和氧组成，氢的同位素中有氕（H）、氘（D）、氚（T）。绝大部分的水都是H2O。氘是比氕多一个中子，因此更重，其构成的水叫“重水”。太阳系中不同地方水的D/H存在差异，因此根据D/H可推测水的来源。

“现有理论认为，水是在C型小行星形成的最后阶段被带到地球上的，但之前对这些小行星的同位素‘指纹’进行的测试发现，平均而言，它们与地球上发现的水不匹配，这意味着至少还有一个来源不明。”参与此项研究的科廷空间科学与技术中心主任Phil Bland表示。

C型小行星是一种含碳的小行星，其化学组成和太阳、原始的太阳星云很接近。C型小行星被认为是碳质球粒陨石（特别是CR、CM 和 CI 球粒陨石）的母体，因为其表现的反射光谱相似。比起彗星和其他类型的陨石，C型球粒陨石的D/H更接近地球。

但是，地球的地幔和标准平均海水(standard mean ocean water)的D/H比CI、CR和CM球粒陨石的平均值更轻。鉴于陨石记录中富含水的C型球粒陨石的多样性，单靠类CM的小行星不太可能输送地球上所有的水。

最近对顽火球粒陨石和Itokawa颗粒中“无水矿物”的研究表明，这些材料可能比以前认为的富含水；地球深部地幔的D/H比标准平均海水还要轻；最近对火山挖掘出的物质的分析表明，在原始地幔中可能存在一种同位素轻、类似太阳的D/H成分。此外，在过去的45亿年中，地球的D/H可能从其初始值增加了，这可能是由于较轻的氢同位素先损失到太空。这样增加的D/H很难与来自C型材料的其他同位素系统的外星传递相协调。

因此，很可能，至少还有一个其他轻同位素库对地球的水收支做出了贡献——如太阳或太阳星云。

“我们的研究表明，太阳风在微小的尘埃颗粒表面产生了水，而这种同位素较轻的水很可能提供了地球剩余的水。”Bland表示，“这一新的太阳风理论是基于对S型近地小行星Itokawa的微小碎片进行细致的逐原子分析，该小行星的样本由日本太空探测器Hayabusa收集，并于2010年返回地球。”

他们通过对Itokawa颗粒表面的前50纳米左右进行细致观察，发现这些尘埃颗粒中含有足够的水——折算下来，每立方米岩石的含水量达20升。

论文第一作者、格拉斯哥大学博士Luke Daly表示，这项研究不仅使科学家对地球水的过去来源有了深刻的洞察力，而且也有助于未来的太空任务。

“宇航员如何在不携带补给的情况下获得足够的水，这是未来太空探索的障碍之一。”Daly表示，“我们的研究表明，在Itokawa上产生水的同样的空间风化过程可能发生在其他没有空气的行星上，这意味着宇航员可能能够直接从行星表面（如月球）的尘埃中处理新鲜的水供应。”

这项研究得到了英国科学与技术设施理事会的资助，由格拉斯哥大学、科廷大学、悉尼大学、牛津大学、夏威夷大学、自然历史博物馆、爱达荷国家实验室、洛克希德·马丁公司、桑迪亚国家实验室、美国宇航局约翰逊航天中心、弗吉尼亚大学、北亚利桑那大学和普渡大学的研究人员完成。

责任编辑：李跃群