数十亿年前,地球完全被海洋覆盖,那些海水如今怎么消失了?

在寻找外星生命的时候,科学家们普遍会非常关注那些和地球比较类似的行星(www.chengzhixing.com)。尽管地球上支持生命的因素非常多,但对于科学家们来说,有一点是至关重要的,那就是液态水。

我们可以假设生命能呼吸其他气体来维持生命,也可以认为有些地外生命具备抵御严寒的能力,但如果没有水作为溶剂,生化反应就很难进行,生命就更无从谈起了。而且,液体具有流动性,因此水里的有机物可能会更容易相遇并结合,进而为生命的出现打下基础。

我们知道,地球上最早的生命,正是在海洋中发展的。在相当长的一段时间里,地球生命都完全生活在海洋里,直到后来才渐渐地来到陆地上生存。越来越多关于早期地球的研究都表明,在大约40亿年前生命刚刚出现时,地球的表面可能完全被海洋所覆盖,即使有陆地也可能只占了极小的一部分。那个时候的地球,是一颗彻彻底底的蓝色行星。

尽管今天的地球表面仍然有超过2/3的部分被海洋覆盖,但和那时候相比,已经小了很多。这也引起了科学家们的好奇:当初淹没了整个地球的海水,到底去哪了呢?为何如今只剩下覆盖2/3地表的海洋了呢?

最近,来自于哈佛大学地球与行星科学系的研究生董俊杰(音译)领导着一支科学团队,对早期地球进行了研究分析。他们发现,正是地幔在数十亿年岁月里偷偷地攫取了地表的水资源,使得海水逐渐减少,陆地浮出了水面。

在发表于《美国地球物理联合会进展》期刊的论文中,研究人员介绍:“我们对地球的固体地幔储存水分的能力作为地幔温度的函数进行了计算,结果发现:对于地球早期的炎热地幔来说,其储水量比今天的地幔要小一些。因此,今天地幔中多容纳的那些水,应该是在早期地球中参与形成了更加巨大的海洋世界。我们的结果表明:人们长期以来持有的‘地表海洋体积在漫长的地质时间跨度内几乎保持一致’的观点需要重新考虑了。 ”

研究结果表明,大量的水资源在地表以下以一种官能团的形式存在,那就是羟基,也就是一个氢原子和一个氧原子构成的原子团。尤其是含水的瓦兹利石以及尖晶橄榄石这两种火山矿岩中,储存的水分都很多,其中前者的含水量大约有3%,后者也差不多有1%。

在此之前,科学家们都是把这些火山矿放在现代地幔的压力和温度条件下进行分析,从而获得了它们的储水能力。

不过,董俊杰等人敏锐地意识到,大家可能不经意间陷入了固定思维中。他们搜集了大量的矿物物理学数据,对这两种矿岩的储水能力在更大的条件范围内进行测试,果然发现了不一样的结果。分析结果表明:在温度较高的情况下,这两种矿物的储水能力也会随之下降。

这就非常值得注意了,因为在早期地球,地幔就是非常热的。这是因为地球内核是非常热的,并且一直在散热的过程中。这个降温过程的确非常漫长,直到今天地核温度还可以高达000K,但是在几十亿年的时间尺度下,这个温度变化也是非常明显的。因此,在早期地球,承受着比今天更高温度的地幔,在储水能力上是有所欠缺的。

从地球形成伊始到现在,地球内部的温度就开始了下降的过程。随着温度的降低,地幔中的矿物储水能力也开始不断提升。不仅如此,在这几十亿年的时间里,从地幔的岩浆中结晶出来的橄榄石矿物也越来越多,这更加提升了地幔的储水能力。

研究人员随后对这个分析进行了量化,并且在论文中写道:“地球的固体地幔储水的能力在很大程度上与温度有关,并且现在明显受到了温度降低的影响,导致今天地幔的储水能力已经达到了地表海洋总质量的1.86到4.41倍。”这个数字已经很惊人了,但研究人员同时指出:这还只是一个比较保守的结果。

相比之下,在25亿-40亿年前,地球的地幔还有着非常高的温度,因此无法储存如此多的水资源,最终导致整个地球都被海洋所淹没。如果不是地幔储水能力和温度成反比的这个关系,或许今天的地球都很少有陆地。

值得注意的是,此前还有一项研究,可以从侧面印证本次研究的观点。在那篇论文中,研究人员对地球上的氧同位素——尤其是那些早期海洋地质矿物的氧同位素——进行了研究和比较,结果也表明:在32亿年前,地球上的陆地面积确实和今天相差甚远。

也有研究表明,太平洋海底可能有一个巨大的漏洞,每时每刻都有大量的海水涌进去,或许这就是地幔吸收地表水的一种途径。

更重要的是,这项研究还有可能为我们解答另一个谜题,那就是地球上最早的生命到底出现在哪里。目前来说,有人认为它们出现在陆地上的淡水中,有人则认为是出现在含有盐分的海洋中。如果本次研究被证明是正确的,那么早期地球应该就是完全被海洋所包裹,而最早期生命出现在哪里的问题也就自然而然地被解决了。

同时,这项研究不仅仅可以在地球上帮助我们,甚至可以让我们更好地对地外生命进行研究。如果地球最早期生命真的是出现在咸水海洋里,那么我们就应该把更多的精力放在那些拥有海洋的星球上。

在太阳系内,木卫二、木卫三、土卫二等卫星都拥有着巨大的地下海洋,或许那里就存在着生命。而在茫茫宇宙中,拥有海洋的星球更是不计其数,这也更增加了地外生命存在的概率。

说到底,这项研究的最直接意义,就是让我们更好地理解自己的家园曾经都经历过哪些变化。地球曾经也是一片荒凉的世界,但如今却成为了生机勃勃的天堂。它是怎样一步一步走向繁荣的,难道不值得我们好奇吗?

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