据我们所知,至少38亿年前,地球上已经存在了广阔的海洋。由于地球并非宇宙中的一个封闭系统,所以一个合理的推断是,随着时间的推移,地球上的水量可能会发生变化。
那么,经过38亿年,地球上的水是否减少了呢?科学家们对这个问题也非常感兴趣,并进行了相关研究。科学家们在一块石头中找到了答案。具体的情况将在下文详细展开。
我们知道,水是由氢和氧两种元素组成的,可以简单地描述为,在一个水分子中,包含两个氢原子和一个氧原子,它们通过共价键结合在一起。因此,如果有某种机制能够破坏它们之间的共价键,水分子就会分解成氢和氧。由于地球的引力无法有效地束缚氢,一旦发生这种情况,氢就可能从地球大气层的顶部逃逸。
在地球上的自然环境中,实际上存在着这样的机制。例如,太阳光中的短波辐射(主要是紫外线)有能力将水分子分解成氢和氧,这个过程被称为“光解”。
由此可见,地球大气层中的水蒸气有一定的概率被“光解”成氢和氧,从而导致地球上的水减少。幸运的是,由于“光解”而损失的水量实际上是很少的。此外,地球在宇宙空间中也会获得一些“补充”,例如坠落到地球上的宇宙尘埃、小天体等,都可以为地球带来一些水或氢元素。因此,总体上来说,由于“光解”而损失的水量可以得到弥补。
然而,在地球的深处,还有一种机制可以使水分子分解成氢和氧。要知道,海洋中的海水有可能进入地球深处,例如板块俯冲、海底岩石圈的缝隙等,都可以使海水进入地球深处。一旦发生这种情况,地球深处的高温岩浆及其中的结晶基岩就可能与海水发生一系列反应,最终将水分子分解成氢和氧。
这种机制会源源不断地将地球上的水分解成氢气和氧气。由于现代地球的大气层中含有大量的氧气,因此当这些氢气扩散到大气层后,基本上都会被氧化,进而重新生成水。这样一来,地球上的水量就不会出现大的损失。
但需要知道的是,地球大气层中大量的氧气实际上是在大约26亿年前的“大氧化事件”之后才出现的。因此,一个合理的推测是:在此之前,通过这种机制产生的氢气会大量地从地球大气层的顶部逃逸,从而导致地球上的水减少。
我们知道,氢有三种同位素,分别是“氕”、“氘”、“氚”,其中只有“氕”和“氘”能够稳定存在。
科学家发现,在这种机制产生氢气的过程中,“氕”的效率明显比“氘”高。这也就意味着,在其产生的氢气中,“氕”的比例会比“氘”更多。因此,随着时间的流逝,海水中“氕”和“氘”的比例也会发生变化。
由于地球上绝大部分的水都在海洋中,因此我们只需要知道38亿年前海水中“氕”和“氘”的比例,再将其与现代海水进行对比,就可以通过理论模型分析出经过了38亿年,地球上的水到底减少了多少。
但问题是,我们无法回到过去,怎么可能知道38亿年前海水中“氕”和“氘”的比例呢?实际上,有一种方法可以找到答案,那就是寻找特殊的石头,如“蛇纹石”。
“蛇纹石”是一种含水的富镁硅酸盐矿物,通常在地球的海底、洋中脊或俯冲带等区域形成。由于“蛇纹石”在形成过程中会大量吸收水分,这就相当于将一部分水“锁定”在其内部。因此,这种石头有可能将其形成时的水分长时间保存下来。
这意味着,如果我们能找到一块形成于38亿年前的海底且保存完好的“蛇纹石”,就可以知道那时海水中“氕”和“氘”的比例。
事实上,科学家确实找到了这样一块石头。这块石头位于格陵兰岛西南部的“伊苏亚超地壳带”中,根据科学家的测定,它形成于大约38亿年前的海底。更令人惊喜的是,它是一块保存完好的“蛇纹石”。
于是科学家提取了这块石头中的水分,经过仔细研究后,科学家给出的答案是:与38亿年前相比,现代地球的海洋体积缩小了约26%。也就是说,经过38亿年后,地球上的水确实减少了。
我们可以看到,在过去的日子里,地球损失的水量是非常可观的。不过我们也不必为此担心。正如前文所述,由于现代地球的大气层中含有大量的氧气,即使地球深处的某些区域现在仍有一些水在不断被分解,我们也不必担心地球上的水会因此大量减少。
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