從太空看我們這顆星球，地球最與眾不同的特征是它那明亮的蔚藍(lán)色。因?yàn)榈厍虮砻娼姆种急缓Ｋ采w著。
其實(shí)，地球上的水還不止這些。在陸地，生物體內(nèi)百分之六七十以上都是水。此外，在地下，以礦物(如結(jié)晶水合物)形式存在的水也體量驚人，若全擠出來(lái)，也許是另一個(gè)海洋。
但是，地球上的這些水到底是怎么來(lái)的?這個(gè)問(wèn)題至今都沒(méi)有一個(gè)滿意的答案。
地球在“襁褓”中似乎就缺水
在宇宙空間，也存在大量水——不過(guò)它們主要以冰的形式存在。其實(shí)，就宇宙空間的水而言，它的起源倒不是個(gè)難題。因?yàn)橹灰獨(dú)錃夂脱鯕饣煸谝黄穑谟钪嬷须S處可見(jiàn)的輻射的“撮合”下，就能制造出水來(lái)。原料嘛，也不缺。氫元素在宇宙誕生伊始就有，氧元素是在恒星內(nèi)部制造出來(lái)，然后隨著超新星爆發(fā)，拋撒到星際空間的。
但具體到地球上的水，就不能指望通過(guò)氫氧兩種元素反應(yīng)臨時(shí)制造出來(lái)。首先，游離態(tài)的氫很活潑，在行星出現(xiàn)之前，就基本上被消耗殆盡了;其次，氫太輕，行星的引力束縛不住它。所以，不論地球之水是怎么來(lái)的，得來(lái)的必然是現(xiàn)成的水。現(xiàn)在，解釋這個(gè)水的來(lái)源，是件棘手的事情。
要理解為何如此困難，我們需要追溯到比46億年前還久遠(yuǎn)的過(guò)去。那時(shí)太陽(yáng)還很年輕(太陽(yáng)目前的年齡是50億年左右)，輻射比現(xiàn)在要強(qiáng)烈得多;環(huán)繞著它的是一個(gè)由氣體和塵埃組成的漩渦——太陽(yáng)系的一顆顆行星將在這個(gè)漩渦中誕生。那時(shí)，任何水都只能以星際空間冰的形式存在。如果一些冰闖入內(nèi)太陽(yáng)系，也就是像地球這樣的巖石質(zhì)行星即將要誕生的地方，那么太陽(yáng)的熱量和輻射將會(huì)把水分子裂解成氫原子和氧原子。這意味著形成地球的那團(tuán)塵埃云中，連一滴水都不會(huì)剩下。
就算我們樂(lè)觀地設(shè)想，星際空間中的水在行星形成過(guò)程中，以我們迄今所不知道的方式幸存了下來(lái)，最終凝聚成年輕地球表面的海洋，但接下去還要應(yīng)付一場(chǎng)大撞擊——月球就是在這場(chǎng)撞擊中誕生的。
關(guān)于月球是如何形成的，我們目前最好的解釋是：大約45億年前，一顆叫“忒伊亞”的火星大小的天體撞到了地球。它的撞擊是如此劇烈，以至于整個(gè)地球都熔化、碎裂了。其中一些濺射出去的碎片凝聚成了月球，剩余的在自身重力作用下坍塌，重新凝聚成地球。
傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，在這場(chǎng)大撞擊中地球之水在劫難逃。
地球之水來(lái)自天外?
既然地球在“襁褓”中可能就缺水，即便不缺水，要長(zhǎng)久保存也過(guò)不了“大撞擊”這一關(guān)，那么今天這么多水到底是怎么來(lái)的呢?
過(guò)去占主流的看法是，地球之水是太空“信使”送來(lái)的禮物。這些“信使”主要是彗星和小行星，它們多數(shù)形成于離太陽(yáng)足夠遠(yuǎn)的寒冷地帶，攜帶著大量的冰。在月球形成之后不久的一個(gè)時(shí)期，大量彗星和小行星轟擊地球，為我們帶來(lái)了貴金屬、水和有機(jī)物。作為那一時(shí)期瘋狂轟擊的證據(jù)，月球表面至今仍布滿了撞擊坑。
這個(gè)假說(shuō)是如此深入人心，以至于在很長(zhǎng)時(shí)間里，人們以為解決了地球之水起源于何處的難題。但2014年，一次打擊讓這個(gè)假說(shuō)風(fēng)光不再。
打擊來(lái)自2004年由歐洲宇航局發(fā)射的“羅塞塔”號(hào)探測(cè)器。該探測(cè)器在2014年訪問(wèn)了“67P/丘留莫夫—格拉西緬科”彗星，從彗星上采集了冰的樣品。但隨后的分析發(fā)現(xiàn)，彗星上的水跟地球上的水，氫元素的同位素“配方”并不一致。
我們知道，所有的化學(xué)元素，包括組成水的氫氧兩種元素，都有不同的同位素。比如說(shuō)氫元素，它就有氫、氘、氚三種同位素。氫原子核里只有1個(gè)質(zhì)子，氘原子核含有1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)中子，氚原子核含有1個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子。由氫與氧結(jié)合形成的水是普通水，由氘與氧形成的水叫重水，由氚與氧形成的水叫超重水。
如果兩種水有同一來(lái)源，那么在水中氫的三種同位素比例或者說(shuō)同位素“配方”，應(yīng)該完全一致才對(duì)。但實(shí)際情況是，“67P/丘留莫夫—格拉西緬科”彗星上的水與地球上的水，氫的同位素“配方”并不一致：彗星之水中氘的含量比地球之水高。
當(dāng)然，如果我們能找到另一顆彗星，它的水中氘的含量比地球之水低，那么通過(guò)適當(dāng)?shù)摹罢{(diào)配”，或許也能“調(diào)配”出地球上的水(換句話說(shuō)，當(dāng)初轟擊地球的彗星，不僅有含氘高的，也有含氘低的)。但到目前為止，這樣的彗星一顆都沒(méi)找到。
地球之水或許有兩個(gè)來(lái)源
既然地球之水不能全靠彗星的“賜予”，現(xiàn)在有人提出這樣一種折中的觀點(diǎn)：也許需要調(diào)配的不是來(lái)自這顆彗星和那顆彗星的水，而是來(lái)自彗星的水和地球自己與生俱來(lái)的水。換句話說(shuō)，地球上的水，一部分是與生俱來(lái)的，另一部分來(lái)自彗星;而且與生俱來(lái)的那部分水含氘量較低。
要理解這個(gè)新假說(shuō)，需要我們搞清楚很多事實(shí)。下面將一一解釋。
首先，讓我們來(lái)看看，后來(lái)凝聚成地球的塵埃云是否曾熾熱到容不下水的地步?
一位英國(guó)科學(xué)家通過(guò)模擬顯示，塵埃顆粒在高溫下吸附水的能力，比我們?cè)仍O(shè)想的要強(qiáng)得多。他為組成塵埃顆粒的橄欖石建了一個(gè)電腦模型——橄欖石是太陽(yáng)系和環(huán)繞其他恒星的塵埃云中最常見(jiàn)的一種礦物。隨后，他計(jì)算了一下，如果水分子吸附在不規(guī)則的橄欖石塵埃顆粒表面會(huì)怎樣。他發(fā)現(xiàn)，一旦水分吸附其上，需要很大的能量才能把它們分離出來(lái)。根據(jù)這個(gè)模型，要想把水分子跟塵埃顆粒分開(kāi)，溫度至少要在630℃以上，而在地球形成的過(guò)程中，一開(kāi)始?jí)m埃云的溫度似乎沒(méi)那么高。
這個(gè)結(jié)論也得到天文觀測(cè)的佐證。天文學(xué)家利用斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡已探測(cè)到年輕恒星DR Tau和AS 205A(距地球350光年以上)周圍的塵埃盤(pán)中含有水。
那么，為什么地球與生俱來(lái)的這部分水含氘量較低呢?前面已經(jīng)提到過(guò)，當(dāng)太陽(yáng)還很年輕時(shí)，輻射很強(qiáng)烈，地球上原有的水都被分解成了氫原子和氧原子(如果是重水呢，則被分解成了氘原子和氧原子)。這些游離態(tài)的原子，直到太陽(yáng)輻射減弱之后才重新結(jié)合成水。因?yàn)殡颖葰湓又兀谂c氫原子爭(zhēng)奪氧原子時(shí)，相對(duì)比較“笨”，所以新生成的水中，氘含量就降低了。
這樣，地球與生俱來(lái)就有的水經(jīng)過(guò)“浴火重生”之后，氘含量偏低，而來(lái)自彗星的水，氘含量偏高，兩者一調(diào)配，就調(diào)配出了今日氘含量適中的地球之水。這位科學(xué)家計(jì)算了一下，要調(diào)配出今日地球之水，地球與生俱來(lái)的水不應(yīng)少于70%。
拓展閱讀：地球之水如何躲過(guò)“地獄之火”和大撞擊?
有兩個(gè)問(wèn)題還需交代一下。
第一個(gè)問(wèn)題：前面不是說(shuō)，即便地球上與生俱來(lái)就有水，這些水也不可能在形成月球的大撞擊中幸存下來(lái)嗎?
關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，2015年美國(guó)得克薩斯州西南研究所的一位天文學(xué)家對(duì)大撞擊做過(guò)計(jì)算機(jī)模擬。模擬結(jié)果顯示，雖然在撞擊中，地球原有的水，甚至地球自身的固態(tài)物質(zhì)，都全部蒸發(fā)了，但蒸發(fā)形成的“蒸汽云”還是有足夠強(qiáng)的引力來(lái)抓住水蒸氣，所以別擔(dān)心水在大撞擊中會(huì)跑個(gè)精光。
第二個(gè)問(wèn)題：倘若地球之水存在于形成月球的大撞擊發(fā)生之前，那個(gè)時(shí)候年輕地球的溫度非常高，這樣一個(gè)燃燒的地獄，怎么能保住這些水呢?
有人認(rèn)為，最初地球所含的水可能被鎖在地幔深處的礦物里。這些礦物耐得住高溫，比如結(jié)晶水合物明礬，需要加熱到比較高的溫度才能脫水。
