纳米人

看完这篇Science我信了,李白莫非真的是诗仙下凡!

Glenn
2020-09-01


撰文丨Glenn

校审丨晴天

责编丨Bo

 

水从哪里来?这是一个问题,一个关于生命起源的古老话题。

 

人类赖以生存的蓝色星球,自古以来就存在不可或缺的老三样:水、空气和阳光。水从哪里来似乎是一个十分简单而明显的事实,以至于地球为什么有水似乎是一个微不足道的问题。

 

然而,自古以来就有水,不是科学家想要的答案。

 

水到底从哪里来?或许早在一千多年前,诗仙李白就给我们道出了天机!

 

“黄河之水天上来,奔流到海不复回。”

——李白《将进酒》

 

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                                                                                                                                        图丨电影《妖猫传》图片

 

01. 困惑

 

水是生命之源,水的起源至今为止依然是一个长期争论的话题。根据太阳系形成的模型,地球作为太阳系内部的行星,应该很少甚至没有水。

 

早期的行星形成模型预测,当我们的太阳还很年轻的时候,附近的星云气体太热,无法形成冰。因此,作为水蒸气的水不容易进入水星、金星、地球和火星的岩石型物质中。只有太阳系外的行星,如木星,才能含有丰富的水和其他挥发物,因为它们形成于“雪线”之外,雪线是太阳星云中水蒸气和水冰之间的假想边界。这些行星出生时离太阳足够远,能够很容易地将冻结的水结合在一起。

 

然而,事实却并非如此。理论上不应该有水的地球,不仅拥有大量海洋、江河湖泊,并且大气中也有水,甚至于在地球内部深处的岩石中也含有相当于几个海洋的水

 

那么,问题就来了,地球上的水,到底从哪里来?

 

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                                                                                                                                                              图丨地球

 

02. 破局

 

为了弄清楚这个难题,可以分析太阳系形成之初形成的特殊类型的陨石。这些被称为球粒陨石的太空岩石,还没有被合并和化学修饰成一颗大行星。球粒陨石代表了太阳星云气体的凝聚体,是聚集在一起最终形成行星的物质类型的最佳代表。地球的同位素组成表明,岩石行星的主要组成材料是类顽火辉石球粒陨石

 

然而,顽火辉石球粒陨石被认为过于干燥,无法解释地球的水。相反,一种富含水的碳质球粒陨石被认为带来了地球上大部分的水。然而,碳质球粒陨石并不理想,因为它们有一种与地球非常不同的同位素组成,且形成于雪线之外。

 

为了调和这一明显的不一致,碳质球粒陨石被认为是在地球大部分已经形成的时候从雪线以外添加到地球上的。对于这些投掷到早期地球的球粒陨石来说,木星的形成或其内部太阳系的漂移被认为扰乱了小行星的轨道,将它们从小行星带的外部驱逐出去。

 

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                                                                                                                                                           图丨太阳系

 

03. 新发现

 

在最新一期的Science报道中,法国洛林大学Laurette Piani团队给地球上水的来源提出了更简单的解释:水可能来自顽火辉石球粒陨石(一种类似于地球主要建筑材料的物质)美国太空总署约翰逊宇航中心Anne H. Peslier对此发表表示赞赏并同期发表评述。

 

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作者测量了这些陨石的水浓度和氘氢(D/H)比。顽火辉石球粒陨石显然有足够的水为地球提供相当于几个地表海洋的水量。此外,D/H比和氮同位素组成与地球内部相匹配。
 
现在看来,毕竟地球可以是在积聚过程中获得水分的。替代模型表明了在内行星的组成物质中保留水分的可能性。水在星云冷凝物上的表面吸附、星云气体在行星胚胎周围的滞留,或者雪线的向内迁移都已被提出。在太阳系内部形成的顽火辉石球粒陨石,使得将水从远离太阳的地方带到地球的挑战变得合理化
 
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图丨地球水的来源
1-类顽火辉石球粒陨石物质;2-类碳质球粒陨石物质;3-彗星对大气成分的贡献。

Piani等人的观察没有对水进入地球的时间提供任何限制。如果大多数水在行星早期时脱气,积聚过程中的早期合并可能是无关紧要的。岩浆海洋的形成和强烈的小行星撞击都会导致水流失到太空中。或者,类顽火辉石球粒陨石物质可能在积聚过程后被并入地球。地球积聚后,水被添加到海洋和大气中(而不是其内部),彗星和碳质球粒陨石类物质对此做出了贡献。
 
总之,作者的工作给水的来源提供了一个全新的、关键的解释,他告诉我们:地球上的水,可能只是来自行星积聚的星云物质。
 
黄河之水天上来,此言非虚也!
 
《将进酒》
李白
君不见,黄河之水天上来,奔流到海不复回。
君不见,高堂明镜悲白发,朝如青丝暮成雪。
人生得意须尽欢,莫使金樽空对月。
天生我材必有用,千金散尽还复来。
烹羊宰牛且为乐,会须一饮三百杯。
岑夫子,丹丘生,将进酒,杯莫停。
与君歌一曲,请君为我倾耳听。
钟鼓馔玉不足贵,但愿长醉不愿醒。
古来圣贤皆寂寞,惟有饮者留其名。
陈王昔时宴平乐,斗酒十千恣欢谑。
主人何为言少钱,径须沽取对君酌。
五花马,千金裘,
呼儿将出换美酒,与尔同销万古愁。
 

参考文献:
[1]Laurette Piani, Earth’s water may have been inherited from material similar toenstatite chondrite meteoritesScience, 2020,369, 1110-1113.
DOI:10.1126/science.aba1948
https://science.sciencemag.org/content/369/6507/1110
[2]Anne H. Peslier. The origins of water, Science, 2020,369, 1058.
DOI: 10.1126/science.abc1338
https://science.sciencemag.org/content/369/6507/1058



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