众所周知,地球表面存在着大量的液态水,以至于地球表面有大约70%的面积都被由液态水构成的海洋覆盖。
相关研究表明,早在40多亿年前,液态水就已经在地球上出现了,那么,地球上的水是哪来的呢?用了40多亿年,水变少了没有呢?下面我们就来聊一下这个话题。
根据科学界的主流观点,太阳系形成于一片巨大的原始星云,这被称为太阳星云,在大约46亿年前,太阳星云因为某种外界的扰动而发生了引力坍缩,在坍缩过程中,太阳首先在星云的中心位置生成,残余的物质则一边围绕着太阳运行,一边继续碰撞与吸积,最终演化成了太阳系中包括地球在内的众多天体。
从已知宇宙的元素丰度可以看到,构成水的氢元素和氧元素都是宇宙中很常见的元素,而由于氧元素的化学性质非常活泼,它们很容易与氢元素发生反应并生成水,因此我们不难推测出,在太阳星云之中,本身就含有大量的水。
然而,太阳星云中有大量的水,并不意味着地球在形成之初就一定可以拥有很多水。
对此,有一种观点认为,在太阳形成之后,它释放的能量会使其附近一定距离范围内的水都以水蒸气的形式存在,同时驱动着它们向外散逸,而地球的形成是一个从小到大的过程,只有在地球的质量增大到一定程度的时候,其产生的引力才可以束缚住水蒸气,所以在地球最终成长到可以束缚水蒸气之时,它所在的区域已经没有剩下什么水了。
也就是说,在地球形成之初,其实是非常缺水的,另一方面来讲,由于太阳的热辐射会随着距离的增加而不断减弱,当达到一定程度时,水就会被冻结成固态的冰,变得很容易吸积,因此那些形成于距离太阳更远的天体,通常都会含有大量的水。
所以该观点推测,地球上的水,应该主要来自于那些形成太阳系外侧的小天体(如小行星、彗星),毕竟早期太阳系可以说是一片混乱,经常会有小天体撞击地球,特别是在大约38亿至41亿年前的后期重轰炸期,这样的事件更是多得难以计数。
不过也有观点认为,原始的地球就已经有很多水了,其理由是,在太阳系形成之初,水会以结晶水的形式存在于多种矿物之中,而在地球的形成过程中,这种富含水的矿物是可以被大量吸积的。
随着原始地球的个头不断变大,大量的碰撞所产生的热量也在持续累积,其温度也越来越高,当达到一定程度时,这些矿物中的水就会被释放出来,并因为高温而以水蒸气的形式存在,而在这个时候,原始地球的质量已经足够大,其产生的引力已经可以将这些水蒸气牢牢的束缚在地球的上空。
在地球最终形成之后,其运行轨道上绝大部分物质都被清空,没有了频繁的碰撞,地球就开始持续降温,当温度降低到一定程度的时候,那些水蒸气就大量地凝结成液态水,进而降落到地球表面。
近些年来,随着相关研究的深入,科学家发现这两种观点都有各自的证据支撑,所以科学界普遍认为,地球上的水应该是内源和外源共同作用的结果,不过就目前的情况来看,科学家并不确定到底是来自哪种渠道的水更多。
那么,地球上的水用了40多亿年,变少了没有呢?我们接着看。
正如前文所言,即使是水蒸气也会被地球的引力牢牢地束缚住。
之所以会这样,其实是因为水分子的分子量较大,但问题是,水分子的内部结构并不是想象中那样稳定,只需一定的能量输入,就可以使其分解为氢和氧,由于地球的引力不足以束缚住氢,因此一旦出现这样的情况,氢就有可能从大气层顶逃逸,进而使地球上的水变少。
实际上,在地球自然界中就存在着可以将水分解的机制,比如说太阳的短波辐射(主要是紫外线)就有一定的概率直接将水光解氢气和氧气,除此之外,当地球上的海水通过岩石圈的缝隙渗入到地下深处时,有可能会与高温岩浆以及其中的结晶基岩发生一系列的反应,其净效应就是将水分解成氢气和氧气。
所以一个合理的推测就是,经过了40多亿年的漫长时间之后,地球的水应该是会变少的。
实际情况也确实是如此,因为在过去的日子中,科学家已经通过地质记录、化学同位素变化、大气逃逸现象模拟和古气候模型等多方面研究估算出,现代地球的海洋体积相比40多亿年前缩小了26%左右。
幸运的是,现代地球的大气有21%都是氧气,而在富氧的环境中,即使是水被分解,其产生的氢气也很容易重新被氧化并生成水,因此与遥远的过去相比,现代地球上水的流失量是非常少的。
在此基础上,再加上地球在围绕太阳运行的过程中,也会时不时地从宇宙空间中捕获到一些水或者含氢的物质,所以从整体上来看,现代地球上的水可以做到动态的收支平衡,至少在未来的10亿年里,地球上的水都不会明显地减少,因此我们不必对此感到担心。
这一细节或许不易被多数西方玩家察觉,却在日本玩家群体中引发广泛关注――它藏身于一段看似寻常的地球仪互动场景之中,实则暗含一段源自本土喜剧文化的巧妙致敬。
游戏中,玩家可获得一种名为“地仪”的特殊全息投影装置。
该装置能根据数据重建现实世界中的各类物品,而地球仪正是最早可复原的物件之一。
当角色戴安娜成功激活这一模型后,她随即开始旋转球体,并逐一指向不同国家的地理位置。
表面看来,这只是角色探索世界设定的自然延伸。
但熟悉日本喜剧风格的玩家很快意识到,这一连串动作与某位知名喜剧艺人的标志性桥段惊人地吻合:在那段广为流传的表演中,演员突然亮出地球仪,以夸张的节奏快速转动,继而猛然定格、高声报出国家名称,荒诞感与节奏感共同构成笑点核心。
尽管戴安娜并未复述原桥段中的经典台词,但她旋转地球仪的方式、停顿的时机以及指向动作的力度与节奏,均与该喜剧段子高度一致。
不少玩家推测,开发团队很可能有意借鉴了这一表现形式,将其转化为专为日本玩家设计的隐藏式幽默。
当前,日本玩家社群正围绕这一发现展开热烈讨论,普遍认为其相似度已远超偶然范畴。
也有玩家半开玩笑地指出,对缺乏相关文化背景的海外用户而言,这段动画或许仅显得略显突兀,难以领会其中蕴藏的会心一笑。
同样的微风可以在土卫六表面激起巨浪,却仅够在地球上泛起涟漪。
Schneck / Ashton et al. 麻省理工学院(MIT)博士生 Una Schneck 等人,近日在《地球物理研究:行星(Journal of Geophysical Research: Planets)》杂志上刊发表了一篇文章,称他们开发了一个名叫“行星波浪(PlanetWaves)”的新模型,可以精确描述地球之外天体表面液体形成的波浪形态。
据称该模型综合考虑了行星的气压和液体的特性,包括其密度、粘度和表面张力——这些参数能够量化波浪在形成过程所受到的阻力——而非仅考虑行星的引力。
研究人员发现,在地球以外的天体表面,波浪的形态和强度可能与地球迥然不同。
仅够地球泛起涟漪的微风,在土星的卫星土卫六(Titan)表面,却能掀起高达3米的巨浪。
同样的微风可以在土卫六表面激起巨浪,却仅够在地球上泛起涟漪。
Schneck / Ashton et al. 研究人员称,人们可能已经习惯了地球上特定的波浪形态,但通过这个模型,我们可以非常直观地看到在不同的液体、不同的大气和不同的引力条件下波浪运动方式的差异,而这种差异很可能会挑战我们的直觉。
土卫六是迄今为止已知地球以外唯一一个表面存在大量液态物质的天体。
但土卫六表面的液体并不是水,而是油性的甲烷、乙烷等碳氢化合物(烃类物质)。
这些物质只在-179℃的极寒环境中才保持液态。
但是迄今为止事实上没有人直接看到过土卫六表面的这些湖泊或海洋,要想知道那里会产生什么样的波浪,只能靠模拟。
研究人员通过模拟发现,由于土卫六的引力仅为地球的14%,其湖泊或海洋中液体的密度较低,且更易流动,因此仅够地球泛起涟漪的微风,也能在那里掀起3米高的巨浪。
所以如果我们站在土卫六的海边,可能会看到这样一幕超现实主义的景象:尽管迎面而来的只是轻柔的微风,海中却已掀起巨大的波浪——更让人感觉诡异的是,这些巨浪却在以非常慢的速度缓缓移动,其推进的速度像是慢镜头。
由此也引出了另一个让人好奇的谜——在地球上,海浪的长期拍打,会对海岸构成严重侵蚀——那么在土卫六上,这些“巨浪”是否也有同样的能力? 如果我们将地球和土卫六进行比较,会发现在地球表面,河流入海口通常有所谓的“三角洲(Delta)”;
但在土卫六上,尽管也有河流和海岸线,却几乎看不到类似三角洲的地貌。
这种差异是否与波浪的差异有关? 了解这种差异,也有助于工程师设计出能够在土卫六湖泊或海洋表面漂浮的探测器。
这样的探测器必须能够承受“当地”海浪的冲击。
此外,尽管火星表面现在已经没有液态水,但在几十亿年前,却并非如此。
通过该模型,研究人员发现, 当时仅需较小的风力,就可在液态水的表面掀起波浪;
而随着火星大气层的逐渐散失,其表面气压和温度下降,在此过程中产生波浪所需的风力也越来越强。
在太阳系以外,行星 LHS 1140b 位于宜居带,它的密度表明其有高达 19% 的含水量。
LHS 1140b 是一颗“超级地球”,其引力比地球强得多。
那里如果有海洋,那么在相同风速下产生的海浪要比地球上小得多。
一个更为奇异的范例可能是 Kepler-1649b——这颗酷热的系外行星,其引力强度与地球相近,且大气环境可能与金星差不多——富含大量硫酸。
如果 Kepler-1649b 表面存在硫酸湖,那么由于硫酸的密度是液态水的两倍,若要在其湖面上掀起硫酸的涟漪,所需的风力要比在地球上强得多。
而巨蟹座 55e(55 Cancri e)表面则可能覆盖着熔岩湖。
熔岩的黏性非常大,与此同时这颗行星的引力也比地球强,所以要在这些熔岩湖表面掀起涟漪,则需要时速近 130 千米的狂风。
土卫六。
NASA / JPL-Caltech 参考 Waves hit different on other planets https://news.mit.edu/2026/waves-hit-different-on-other-planets-0416 Modeling Wind-Driven Waves on Other Planets: Applications to Mars, Titan, and Exoplanets https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2025JE009490