【自然科普】地下1000公里隱藏140億億噸水,如果沒有它們,生命不會出現

天空之城 2020/12/15 檢舉 我要評論

在地球上,海洋不僅覆蓋著地表面積的71%,而且覆蓋了地球生物圈的90%,還包含了97%的地表水。據估計,全球海水的總體積約為13.5億立方千米,如果海水的平均密度按照1030千克/立方米來計算,那麼,海水總重將近140億億噸。

不過,這些水並不是地球上的全部,還有相當多的水隱藏在地下1000公里之處。這些特殊的水對於地球演化至關重要,甚至也左右著地球生命。那麼,這些水有什麼來頭?

地球的內部結構可以分為三大部分。最上層是厚度為幾十公里的地殼,其主要成分為花崗岩和玄武岩,最深處的溫度可達300 ℃。中間層是厚度為2900公里的地幔,其主要成分為富含鐵和鎂的矽酸鹽岩石,溫度可達上千度,最深處的溫度達到了3500 ℃。最下層是厚度3400公里的地核,其主要成分為鐵和鎳合金,最深處的溫度可達5500 ℃。

迄今為止,人類鑽探到最深的地方還沒有超過13公里,這意味著人類還沒挖穿地殼。那麼,科學家又是如何發現地幔中有水呢?地幔的溫度高達上千度,水又是如何存在的呢?

雖然人類現在無法直接對地幔進行探測,但地球內部是活躍的,地幔中的一些物質有時候會以某些方式遷移到地表。此前,美國西北大學(Northwestern University)的科學家找到了一顆非常特別的鑽石。

天然鑽石是在數百公里深的地幔中形成,那裡有足夠高的溫度和壓力。經過幾億年乃至十幾億年的時間,碳元素逐漸結晶成為鑽石。

研究表明,科學家找到的這顆鑽石來自於9000萬年前,它當時隨著火山噴發從地幔來到地表。這顆鑽石是不完美的,它在形成期間,有一小塊礦物混進去,所以它裡面至今還包裹著礦物。

鑽石能夠完好地保存其中的礦物質,這是研究地幔的好機會。分析表明,該礦物是鐵方鎂石,它還吸收了一些鉻、鈦等金屬,這意味著它來自于地表下方1000公里的下地幔。科學家還在其中檢測出了氫氧根離子(OH-),這是存在水的確切證據,因為水可以電離成氫離子(H+)和氫氧根離子。

由此可見,地球的水迴圈深入地幔之中。研究表明,地球內部每年會吞噬掉大約30億噸海水,同時又會有大量的地下水隨著火山噴發和地質運動回到地表,從而形成一個水迴圈。

地幔中的水並不是液態水,它們主要與鎂石相結合,形成了富含水的水鎂石。科學家估計,地下深處的水儲量極高,與海水總量相當。目前,科學家還不清楚這麼多的水最初是如何到達地幔深處。

地下深處的水就像「潤滑油」一樣,讓地幔對流更容易實現。正是有了地幔對流,板塊之間才能不斷運動,活火山得以形成,這樣才有了地殼。如果地球內部的水乾涸掉,或者水迴圈消失,那麼,地球內部的活動將很快會停止,強大的地球磁場會隨之消失,地球生命也將不復存在,或者生命一開始就不會出現。

除了地球內部有大量水之外,太陽系中的一些冰凍天體的下方也有大量水,例如,木衛二冰凍表面的下方有一個巨大的海洋,深度可達100公里,其水儲量估計為地球海洋的2倍。對於木衛二而言,這些地下液態水可能也是特殊的存在,如果要找外星生命,或許可以在那裡找到。

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