來自星雲物質
傳統的觀念認為,地球上的水是地球形成時從星雲物質中帶來的。
在當今流行的太陽係形成假說——星雲說中,認為星雲物質是由三大類物質組成的。一類是氣物質,包括氫和氦,它們占有星雲物質總量的98.2%;另一類是冰物質,包括水冰、氨、甲烷等由氧、碳、氮和氫組成的化合物,其含量約占1.4%;第三類是土物質,主要包括鐵、矽、鎂、硫等重元素與氧的化合物,是一些在溫度高達1000攝氏度左右時也是固態的物質。由於受到中心天體——太陽的熱力和引力的影響,這三類物質在組合成行星時,將因距太陽遠近的不同而有不同的比例。一般來說,距太陽較近時,太陽的熱力把氣物質和冰物質都驅散,便形成以土物質為主要組成的行星。水星、金星、地球和火星即屬於此類。距太陽稍遠,太陽的熱力已不足以趕走氣物質和冰物質,因此便形成了與星雲物質具有相似組成比例的木星和土星。距太陽更遠時,不僅熱力不足以驅走冰物質,而且由於太陽的引力也已大大削弱,不能牢牢地抓住易於逃逸的氣物質,所以便形成了以冰物質為主要成分的天王星、海王星等天體。
傳統理論認為,地球雖然主要由土物質組成,但仍有一小部分冰物質也參加到地球的組成中來,這便是地球水的來源。這一理論認為,這些參與地球組成的水,是通過地球的演化不斷從地球深部釋放出來的。其證據是,在火山活動區和火山噴發時,都會有大量的氣體出現,其中占絕大比例的是水汽。
但是,隨著人們對火山現象研究的深入,發現與火山活動有關的水,並不是什麼從深部釋放出來的“新生水”,而是地球現有水體循環的一部分。
如1966年,克萊因對世界各火山活動區與火山有關的熱水所作的氘分析,證明它們與當地的地麵水具有相同的同位素比,從而確認它們是滲入地下的地麵水,在火山熱力的作用下重新上升的產物。稍後,其他研究者對某些地區火山熱力所作的氘分析,又發現有的含氘高達91T.E.以上。高含量的氘是人工核爆炸的結果,這就更進一步說明有些火山熱水,隻不過是新近滲入地下的雨水。
鑒於以上這些研究成果,一些主張地球水來自“娘胎”的研究者就不得不改變初衷,認為現有的地球水是地球演化的早期就從深部分離釋放出來。
目前這一釋水過程早已結束,所以即使在火山活動區,我們也很難找到新釋放出來的“新生水”,而隻能看到現有水體的反複循環。
太陽風帶來的
在地球水來自星雲說的支持者們修改他們的理論同時,也有一些研究者把眼光轉向了宇宙空間。他們認為,地球上的水是或主要是地球形成以後,從宇宙空間不斷添加進來的。
1961年,托維利率先提出,地球水是太陽風的傑作。太陽風是太陽外層大氣向外逸散出來的粒子流,在地球軌道附近,太陽風的平均速度達每秒450公裏左右,每立方厘米有幾個粒子。粒子的主要組成是電子和氫原子核——質子。托維利據計算指出,從地球形成至今,地球已從太陽風中吸收氫的總量達1.70×1022克。如果把這些氫全部與地球上的氧結合,即可產生1.53×1024克的水。這個數字與現有地球水體的總量145億億噸(1.45×1024克)是十分接近的。更重要的是,他指出,地球水中的氫與氘含量之比為6700∶1,這與太陽表麵的氫氘比也是十分接近的。因此他認為這應是水來自太陽風的最有力證據。
但是,反對者指出,水雖有可能來自太空,卻也在不斷向太空散逸。這是因為大氣中的水蒸氣分子會在陽光的紫外線下發生分解,變為氫原子與氧原子,氫原子由於很輕極易擺脫地球引力的束縛,飛向行星際空間。據計算,其逃逸量與進入地球的量大致相等。因此他們認為,如果沒有來自地球本身的水,不足以使地球維持現有的水量。
來自太空冰球之說
很早以前,就有人注意到,地球上不時有來自太空的冰隕石的加入。但每年登陸的冰隕石究竟有多少?它們對地球水體的形成有何作用,卻缺乏足夠的估計。許多人認為其數量是無足輕重的。
美國衣阿華大學弗蘭克等在研究1981年~1986年以來,從人造衛星發回的數千張地球大氣紫外輻射圖像時,發現在圓盤形的地球圖像上總有一些小黑斑。每個小黑斑大約存在二三分鍾。這些小黑斑是怎麼回事?經過多次分析和否定了其他一些可能以後,他們認為這些黑斑是由一些看不見的冰塊組成的小慧星,撞入地球外層大氣後破裂、融化成水蒸氣造成的。他們還估計,每分鍾大約有20顆平均直徑為10米的這種冰球墜入地球。若每顆可融化成水100噸,則每年即可使地球增加10億噸水。地球形成至今已有46億年的曆史,則地球總共可從這種冰球獲得460億噸水,是現在地球水體總量中為地麵礦物和岩石所吸收,以及參與生物機體組成的水,仍是足足有餘。