【菜科解读】

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。

全球3/4人口缺水？地球步入“水资源破产”时代

伊拉克南部的哈维宰沼泽原本因长期干旱而逐渐干涸。

（新华社/发） 报告发现，全球70%的主要含水层正在萎缩，且很多变化不可逆转。

据调查，世界上很多地区不仅超额支取雨水和融雪带来的年度“收入”，还在不断透支那些需要数千年才能回补的地下水“储蓄”。

这主要由农业发展以及城市向干旱地区扩张导致，而气候变化让这些本就缺水的地方愈发干旱。

在土耳其，过度抽取地下水已导致近700处出现塌陷坑。

该报告作者，联合国大学水、环境与健康研究所的卡维赫·马达尼说：“如今，作为人类水资源‘活期账户’的地表水已经见底。

我们从祖先那里继承的‘储蓄账户’——地下水、冰川等，也几乎被挥霍一空。

世界各地都已出现‘水资源破产’的迹象。

” 据统计，目前全球大约有40亿人每年至少遭遇一个月的缺水危机，而这进一步加剧了移民潮、地区冲突和社会动荡。

去年，伊朗经历了50年来最干旱的秋季。

大量用于农业的大坝和水井，几乎吸干了曾是中东地区最大湖泊的乌鲁米耶湖，也让伊朗全国的地下水储备濒临枯竭。

为此，伊朗政府甚至提出要疏散首都德黑兰的居民，并尝试通过人工降雨来增加降水量。

科罗拉多河的流量20年间锐减了20%。

在美国，科罗拉多河的流量过去20年间锐减了约20%，主要原因是降水减少与蒸发加剧。

这条河除了被洛杉矶等城市作为饮用水来源，其河水还被大量引入农田用于种植家畜饲料。

与越来越多的河流一样，现在的它已无力奔赴大海。

研究表明，提高农业用水效率的技术，比如滴灌、喷灌，反而可能增加总耗水量。

原因在于精准灌溉能让作物充分吸收水分，而传统的大水漫灌后，多余的水还能流回河道。

因此，有专家提出必须削减农业的总用水量，因为它占到全球水资源消耗量的70%。

然而，全球有一半粮食产自水资源储量持续下降的地区。

缩减农业用水规模，将倒逼各国推进经济多元化转型。

目前，全球超10亿人依靠农业维持生计，其中大多数人生活在低收入国家。

即使在多雨地区，水资源也正面临新的威胁：数据中心在大量消耗水资源，工业废水、生活污水、化肥和粪便则在持续污染水体。

过去几十年，因被改作农田而消失的湿地面积与欧盟相当，这让全球在防洪、粮食生产和碳储存等生态系统服务方面，付出了约5.1万亿美元的沉重代价。

在大多数情况下，枯竭的河流、湖泊、湿地和含水层，再也难以恢复原有水文状态。

而冰川持续消融与消失，将导致数亿人的供水短缺。

马达尼认为，人类必须更好管理水资源，在此之前，大多数国家需要先摸清家底，核算其水资源储量与用水总量。

科学家使用特殊方法首次探测“超级地球”表面，结果很离谱

科学家称，韦布太空望远镜的观测结果显示，一颗所谓的“超级地球”其表面看起来实际上可能与水星更为相似。

NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington LHS 3844 b是一颗比地球大30%的系外行星，也是一颗所谓的“超级地球”。

近日天文学家动用韦布望远镜，对这个距离我们约50光年的行星进行了首次表面热特征分析。

与以往进行的大气研究不同，这是人类首次对系外行星的表面进行直接分析。

分析结果出人意料，这个“超级地球”几乎毫无地球特色。

LHS 3844 b是一个拥有深色表面的荒芜世界，没有大气。

在某种程度上和太阳系的水星倒有些相似。

发现于2019年的LHS 3844 b环绕一颗低温红矮星运行，其一年只相当于11个地球日，且已被潮汐锁定——它的一个半球将永远朝向它的恒星，就像月球永远只用它的一个半球朝向地球一样。

因此，它的永昼面温度理论上可达725℃。

来自马克斯･普朗克研究所的Laura Kreidberg等科学家2023年和2024年在LHS 3844 b运行到恒星后方时对其进行了3次观测，他们使用韦布望远镜的中红外探测仪，对恒星炽热昼面产生的红外线进行了测量，并据此对它的表面特征进行了分析。

相关论文发表在今年5月4日的《自然：天文学》上。

通过与地球、月球和火星的已知矿物进行光谱比对，研究人员发现这颗行星的表面与富含硅和花岗岩的地球不同。

在地球上，地壳的形成通常与水推动的地质进程和板块运动有关，这会导致岩石发生循环，并使浅色的矿物上升到地表；

而LHS 3844 b的表面主要由玄武岩构成——玄武岩是一种深色火山岩，富含铁和镁，在月球和水星表面十分常见。

研究人员表示，在这颗行星表面，水十分稀少。

导致这一结果的原因尚不可知。

一种可能的情形是，LHS 3844 b的表面相对年轻，它可能被新近的火山活动重塑过，且还未被微陨石的撞击破坏。

但是此类过程会释放出二氧化碳或二氧化硫，而韦布并未探测到这些气体。

另一种可能是，这颗行星表面覆盖着一层厚厚的深色颗粒物。

这些颗粒物是在辐射和陨石撞击下，并且经历了漫长的岁月之后形成的——与月球或水星表面的情况相似。

如果没有大气层保护，行星表面会特别容易受到这种影响。

这一过程被称为“空间风化（space weathering）”，它会导致岩石分解，并使其颜色变得越来越深。

而这种情形需要行星表面在较长时间内保持地质稳定。

研究人员计划未来使用韦布进一步判断LHS 3844 b的表面特性，比如其表面岩石的状态是否相对完整，还是已经松散和风化。

参考 Astronomers Explore the Surface Composition of a Nearby Super-Earth https://www.cfa.harvard.edu/news/astronomers-explore-surface-composition-nearby-super-earth The dark and featureless surface of rocky exoplanet LHS 3844 b from JWST mid-infrared spectroscopy