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。它广布于地球的各个角落。江河湖海是它们的故乡;地下、大气、岩石和矿物中有它们的踪影;甚至在所有生物体中,水几乎占有它们组成物质的三分之二。
水使地球生机盎然,水使地球生命能繁衍生息,水带来了人类文明世界进步。当人们放眼宇宙时,才发现地球与其他行星比较起来,是那么特殊,地球是唯一拥有液态水的行星。那么地球之水是从哪里来的呢?
是与生俱来的吗
很多人这么认为,地球之水与生俱来。
太阳系形成假说——星云说认为,地球和太阳系的各大行星,均起源于一个原始星云——太阳星云。太阳星云的物质由三类组成:一类是气物质,包括氦和氢,占总重量的98。2%;另一类是冰物质,包括水冰、氨、甲烷、氧、碳、氮和氢的化合物,含量约为1。4%;再一类是土物质,主要包括铁、硅、镁、硫等重元素与氧的化合物,它们的数量在星云中只占0。4%。
太阳星云起先是非常疏散的。在有引力的作用下,大的物质吸引小的物质,最后在中间形成了太阳,周围形成行星。在行星演化的漫长过程中,由于受到中心天体——太阳热力和引力的影响,气物质、冰物质和土物质的分配是不均匀的。它因距太阳远近不同而不同。地球离太阳较近,所以它主要由土物质组成,也有少量的冰物质和气物质参与。其中参与组成的冰物质就成了地球上水的来源。
科学家认为,地球之水除生与俱来的外,还通过自身的演化而不断地释放。例如在火山活动区和火山喷发时,都有大量的气体喷出,其中水蒸汽占75%以上。还有,地下深处的岩浆中,也含有水分,而且深度越大,含水越多;除此以外,和地球同宗同祖的陨石,里面也含有0。5~5%的细微水分。
由此可以证明,在由土物质组成的地球中参与了一定数量的水。
然而,随着人们对火山研究的深入,有人发现,火山活动时释放的水,并不是新生的水,而是渗入地下的雨水。科学家是通过测定这些水的同位素以后才认识到这一点的。因此这种有根有据的说法无疑对“地球之水与生俱来”的假说是一种挑战。
是太阳风带来的吗
为了寻求地球之水的渊源,有人把眼光投向了宇宙。他们说,地球之水的主要来源是在地球形成之后,从宇宙中添加进来的。
1961年,有一位叫托维利的科学家提出了一个令人耳目一新的假说。他说,地球上的水是太阳风的杰作。
太阳风顾名思义就是由太阳刮起的风。当然这种风不是流动的空气,而是一种微粒流或叫作带电质子流。太阳风的平均速度达每秒450千米,比地球上的风速高万倍以上呢!当太阳风向近地空间吹来时,绝大部分带电粒子流被地磁层阻挡在外,少量闯进来的高能粒子马上被地磁场捕获,并囚禁在高空的特定区域内。
托维利认为,太阳风为地球作出了有益的贡献,那就是为地球送来了水。
这话该怎么理解呢?
托维利经过计算指出,从地球形成到今天,地球已从太阳风中吸收的氢总量达1。70×1023克。若把这些氢和地球上的氧结合,就可产生1。53×1024克的水。这个数字与现在地球上水体的总量145亿亿吨十分接近。更重要的是,地球水中的氢和氘含量之比为6700∶1,这与太阳表面的氢氘比也十分接近。因此,他认为地球之水是太阳风的杰作。
但是,反对这种意见的人提出了质疑:水虽有可能来自太空,却也在不断地向太空散逸。这是因为大气中的水蒸汽分子会在阳光的紫外线作用下发生分解,变成氢原子和氧原子。
氢原子由于很轻,极容易摆脱地球的束缚,飞向行星际空间。据计算,它的逃逸数量与进入地球的数量大致相等。因此,他们认为,如果地球之水光靠太空供给,而自身没有来源的话,地球不可能维持现有的水量。
是太空冰球提供的吗
地球上每天都在接纳天外客人——陨石。这些来自太空的不速之客大部分是石陨石和铁陨石,但也有一些是冰陨石。加入地球“家庭”的冰陨石究竟有多少?它们对地球之水的贡献如何?人们从未注意过,也许认为它们的数量微乎其微,无足轻重。
不久前,美国依阿华大学的科学家弗兰克提出一个论点。
原来,弗兰克在研究人造卫星发回的图像时,对1981~1986年以来的数千张地球大气紫外辐射图产生了兴趣。他发现,在圆盘形的地球图像上总有一些小黑斑。每个小黑斑大约存在2~3分钟。这些小黑斑是什么?经过多次分析,否定了其他一些可能之后,他认为这些黑斑是由一些看不见的由冰块组成的小彗星,撞入地球外层大气后破裂、融化成水蒸汽造成的。他还估计,每分钟大约有20颗平均直径为10米的这种冰球坠入地球。若每颗可融化成冰100吨,则每年即可使地球增加10亿吨水,地球形成至今已有46亿年历史。这么算来,地球总共可以从这种冰球上获得460亿亿吨水,是现在地球水体总量的三倍以上。即使扣除了地球历年散失掉的水分,和在各种地质作用中为矿物和岩石所吸收,以及参与生物体组成的水之外,仍然绰绰有余。
地球之水来自天外冰球的说法,虽然有一定道理,但也受到了挑战。一些研究者在对旅行者二号航天器拍摄的大量照片研究之后,否定了大量冰球飞入地球的看法。因此,地球之水从哪里来还没有定论。
海水会越变越咸吗
广漠无垠的海洋,烟波浩淼,奔腾不息。蔚蓝色的海水是那样的深邃莫测,令人神往。但是,海水又咸又苦的涩味,却使口渴者望洋兴叹,不敢问律。海水是从哪里来的?它为什么与江河中的淡水不一样?海水还会越变越咸吗?这些大家很关心的问题,也引起了科学家们的广泛兴趣。
现在科学家已经测出,海水有3%左右是食盐。可别小看这区区的3%,如果把它全部提炼出来,平铺在陆地上,陆地的高度将要增加120多米,这是多么巨大的数量啊!
除了食盐外,海洋中还含有100万亿吨镁,600万亿吨钾,88亿吨铜,58亿吨镍,40亿吨铀,这样看来,海洋又是矿物的大仓库。
其实,海水并不是一开始就充满盐分,它最初和江河湖水一样,也是含盐量很少的淡水。但地球的水总是在不停地运动,不停地循环。有人曾做过这样一项测试:单单每年从海洋表面蒸发掉的水分,就达到1亿多吨。这么多的水又会变成雨,降到陆地的每个角落。它们潺潺而流,不断地冲刷岩石,冲刷土壤,把岩石和土壤中的可溶性物质带进江河之中,而这些物质,绝大部分都是各种盐类。盐分随着水流进入江河,而江河之水最后又都回归大海。
蒸发掉的水分再次回到自己的海洋老家,但它却带来了很多陆地上的盐分。
就这样,海洋源源不断地从陆地上得到微量物质,成了所有溶解盐类的收容所。可是在海水的蒸发过程中,进入海洋的盐分却不能随水蒸汽升空,只得滞留在大海洋之中。
如此周而复始,日积月累,海洋中的盐类物质越积越多,海水也就理所当然地变得越来越咸了。当然,这是一个极为缓慢的过程,可是经过几百万年甚至更久的年代,积累起来的盐分也就十分可观了。
海水中既然已经含有那么多盐分,而且以后每年还要从陆地上带回大约30亿吨的可溶性物质,海水会不会永无止境地越变越咸?会不会把所有的海洋生物都咸死?
众所周知,当今世界上最咸的水域是著名的死海,它含有25%的溶解性物质,那儿的水真是太咸了,几乎所有的生命都不能在里面生存。死海为什么会变得这样呢?关键的原因是它和海洋不相通,陆地中的盐分随水流带入到死海中,很快地积聚起来。而且它地处炎热环境,水分蒸发的速度远远超过海洋,所以盐分就聚集得更快。
看到死海的命运,人们不禁会想到,今后的海洋,如果变得越来越咸,是不是也会出现没有生命的悲惨结局呢?
这种担心完全是合情合理的。如果海洋没有减少自身盐分的方法,结果肯定会这样。但科学家在研究中发现,海洋有各种能降低海水含盐度的奇妙方法。
随着陆地可溶性物质不断进入海洋,当达到一定的浓度后,便会互相结合成不溶解性化合物,沉入到海洋的底部。这个过程就像明