地球的水是從哪里來的？根據(jù)科學(xué)家的說法，不是來自融化的隕石 _地球

這幅圖中的白色虛線顯示了內(nèi)太陽系和外太陽系之間的邊界，小行星帶大致位于火星和木星之間。圖像頂部附近的氣泡顯示水分子附著在巖石碎片上，表明這種物體可能將水帶到了地球。Credit: Jack Cook/Woods Hole Oceanographic Institution
據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)（by University of Maryland）：水占地球表面的71%，但是沒有人知道如此大量的水是如何或何時到達地球的。
發(fā)表在《自然》雜志上的一項新研究讓科學(xué)家們離回答這個問題更近了一步。在馬里蘭大學(xué)地質(zhì)學(xué)助理教授Megan Newcombe的帶領(lǐng)下，研究人員分析了自45億年前太陽系形成以來一直漂浮在太空中的熔化隕石。他們發(fā)現(xiàn)這些隕石的含水量極低——事實上，它們是有史以來測量到的最干燥的外星物質(zhì)之一。
這些結(jié)果讓研究人員排除了它們是地球水的主要來源，可能對在其他星球上尋找水和生命具有重要意義。它還幫助研究人員了解使地球成為宜居星球的不太可能的條件。
“我們想了解我們的星球是如何設(shè)法獲得水的，因為這不是完全顯而易見的， ”紐科姆說。“在一個相對靠近太陽的小行星上獲得水和表面海洋是一個挑戰(zhàn) 。”
這組研究人員分析了七塊熔化的隕石，或稱無球粒隕石，這些隕石在至少五顆星子分裂數(shù)十億年后墜入地球，這些星子是我們太陽系中形成行星的物體。在一個被稱為熔化的過程中，這些星子中的許多被早期太陽系歷史中放射性元素的衰變加熱，導(dǎo)致它們分成具有地殼、地幔和地核的層。
因為這些隕石是最近才落到地球上的，這個實驗是第一次有人測量它們的揮發(fā)物。UMD地質(zhì)學(xué)研究生Liam Peterson使用電子微探針測量了它們的鎂、鐵、鈣和硅的水平，然后與Newcombe一起在卡耐基科學(xué)研究所的地球和行星實驗室使用二次離子質(zhì)譜儀器測量它們的含水量。
“分析極度干燥材料中的水的挑戰(zhàn)在于，樣品表面或測量儀器內(nèi)部的任何地表水都很容易被檢測到，從而污染結(jié)果，”該研究的合著者、卡內(nèi)基科學(xué)研究所的科學(xué)家科內(nèi)爾·亞歷山大說。
為了減少污染，研究人員首先在低溫真空爐中烘烤他們的樣品，以去除任何表面水分。在樣品可以在二次離子質(zhì)譜儀中分析之前，樣品必須再次干燥。
紐科姆說:“我不得不把樣本放在渦輪泵下——一個真正高質(zhì)量的真空——一個多月，以抽取足夠的地下水。”
他們的一些隕石樣本來自內(nèi)太陽系，地球位于內(nèi)太陽系，那里的條件通常被認為是溫暖和干燥的。其他更罕見的樣本來自我們行星系統(tǒng)更冷、更冰的外部區(qū)域。雖然人們普遍認為水是從外太陽系來到地球的，但還沒有確定是什么類型的物體將水帶到了太陽系。
“我們知道許多太陽系外的物體是不同的，但這有點含蓄地假設(shè)，因為它們來自太陽系外，它們肯定也含有大量的水，”伍茲霍爾海洋研究所的研究合著者兼地質(zhì)學(xué)家蘇恩·尼爾森說。“我們的論文顯示情況絕對不是這樣。隕石一融化，水就沒了。”
在分析了無球粒隕石樣本后，研究人員發(fā)現(xiàn)水不到其質(zhì)量的百萬分之二。相比之下，最潮濕的隕石——一種稱為碳質(zhì)球粒隕石的隕石——含有約20%重量的水，比紐科姆和她的合著者研究的隕石樣本多10萬倍。
這意味著星子的加熱和融化導(dǎo)致了幾乎全部的水分流失，不管這些星子起源于太陽系的哪里，也不管它們一開始有多少水。紐科姆和她的合著者發(fā)現(xiàn) ，與普遍的看法相反，并非所有太陽系外的物體都富含水。這使他們得出結(jié)論，水很可能是通過未熔化的隕石或球粒隕石運送到地球的。
紐科姆說他們的發(fā)現(xiàn)在地質(zhì)學(xué)之外還有應(yīng)用。許多學(xué)科的科學(xué)家——尤其是系外行星研究人員——都對地球水的起源感興趣，因為它與生命有著深刻的聯(lián)系。
“水被認為是生命能夠蓬勃發(fā)展的一個因素，所以當我們放眼宇宙并找到所有這些系外行星時，我們開始研究這些行星系統(tǒng)中的哪些可能是生命的潛在宿主，”紐科姆說。“為了能夠了解這些其他的太陽系，我們想了解我們自己的。”
研究論文“早期形成的星子的脫氣限制了水向地球的輸送” ，于2023年3月15日發(fā)表在《自然》雜志上。