地球上的水（地球上的水从何而来）

在地球科学和行星科学中，地球上水的起源一直是个悬而未决的问题。在太阳系中，地球所处的位置可被算作为内太阳系（包含水星、金星、地球、火星四颗岩石行星在内的范围）。根据一些有关行星形成的模型来看，很多人相信，像地球这样的岩石行星在形成之初应该是完全干燥的，因为“年轻”时的太阳温度很高，这使得地球宛若诞生于一片“行星间沙漠”之中，不太可能有太多的冰或液态水附着在形成了行星的岩石上。
很多研究人员猜测，在地球形成的末期，来自太阳系较冷、较远区域的外太阳系的含冰小行星，向地球输送了海水。不过，海洋并不是地球上最大的蓄水池，据估计，地球内部的含水量是地表水量的好几倍。
地球上的水除了可能来自遥远的彗星或其他小行星之外，是否还有可能源自于那些原本构成了地球的星际尘埃和岩石呢？
为了检验这种可能性，一项新的研究分析了内太阳系中的一种名为顽辉石球粒（EC）的陨石。通过分析结果，研究人员意外地发现，地球上的水的确有可能是由地球的原始构建块所提供的。换句话说，这意味着地球或许从一开始就是湿润的，地球上大量的水都可能来自于在地球形成之时就已存在于内太阳系的物质。
一块长约10厘米的顽辉石球粒陨石。| 来源：Laurette Piani / Museum of Natural History in Paris
顽辉石球粒陨石是一种相对罕见的陨石，在已发现的陨石只占大约2%的比例。顽辉石球粒陨石完全由来自内太阳系的物质构成，它们在化学成分上与地球岩石有许多相似之处，因此是在内太阳系中最初形成了地球等行星的原材料的很好近似物。
在新的研究中，研究人员测量了顽辉石球粒陨石中所含的氢的丰度，这是判断陨石能产生多少水的一个重要指标。过去的研究认为，顽辉石球粒陨石是非常干燥的；而新的测量结果却表明，这些陨石虽然不直接含有水，却储存了足够多可以产生水的原材料。这意味着，那些形成了地球的星际岩石碎片，有可能为地球提供至少3倍于地球海洋中的水量。
这一结果为水的起源之谜提供了一个新的思路，它说明这些陨石可以为地球提供足够多的水，表明地球上的水可能来自于当地球在形成之时，内太阳系中就已经有了的富含氢的物质。
在测量中，研究人员在这些陨石中发现了一种与在地幔中发现的非常相似的水。在地球上，有一少部分水并非是我们熟知的H?O，而是由氢的同位素——氘（即重氢，D）构成的D?O（重水）。经过测量，研究人员发现在顽辉石球粒陨石中，氘与氢之比与在地球深层水中测得的值相近。
此外，研究人员还发现顽辉石球粒陨石与地球有相近的氮、氧、钛和钙同位素比。在对地外物质的研究中，一种元素的同位素丰度常被视作为确定这种元素起源的一个参考。研究人员认为，顽辉石球粒陨石与地球的这种同位素相似性，有力地证明了地球的原始构建块可能是地球上大部分的水源的观点。不仅如此，新研究还提出，地球大气中最丰富的成分——氮，也可能来自于顽辉石球粒陨石。
值得一提的是，虽然新的研究表明地球上的水可能主要源自于“就地取材”，但也并非完全绝对。研究发现，海水中的氘与氢之比略高于地幔水中的氘与氢之比，而与外太阳系中含冰小行星里的氘与氢之比更相近。这表明虽然地球上的大部分水可能是一开始源自于形成了地球的构建块，但在稍晚些的时候，来自遥远太空的一些岩石向海洋中注入了额外的水。
从实验操作上看，这项测量具有很大的难度。因为一旦陨石与地面相撞，就会迅速从地球环境中吸收氢。因此，研究人员需要从本就稀少的顽辉石球粒陨石样本中，严格地筛选出完好的“原始”陨石来进行测量，以此确保他们所测得的氢都是来自于陨石本身，而非地球上的污染。
研究运用了一项特殊的分析方法，以避免对样品的分析结果受到地球水的干扰。他们通过结合常规质谱法和二次离子质谱法这两种技术，精确地测量了陨石中水的含量与组成。
虽然新的结果为地球上的水的起源提供了一种新的解释，但它并不能能完全排除水的其他来源的可能性。研究人员表示，接下来，他们将要进一步确认这些氢都储存在顽辉石球粒陨石中的什么地方，以及是如何储存在这些陨石之中的。届时，我们或将获悉更多关于地球上水的起源的秘密。