你有沒(méi)有想過(guò)一件事情？

早在40多億年前，水就已經(jīng)在地球上大量存在了，但是這么多年過(guò)去了，地球上的水有沒(méi)有減少呢？

事實(shí)上，這么多年來(lái)，科學(xué)家們也一直在思考這個(gè)問(wèn)題。

讓人想不到的是，他們竟然在一塊石頭上找到了答案……

蛇紋石：一塊來(lái)自上古海洋的水之證物

2021年，一隊(duì)地質(zhì)學(xué)家在格陵蘭島的西部地層中發(fā)現(xiàn)了一塊異常的巖石。

這塊巖石表面呈現(xiàn)出獨(dú)特的蛇紋狀花紋，而經(jīng)過(guò)放射性測(cè)年法分析，確認(rèn)它形成于約40億年前的古生代石炭紀(jì)。

這塊被命名為“阿卡斯塔片麻巖”的巖石，它的形成過(guò)程充滿了神秘的色彩。

古生代時(shí)期，這里仍處于淺海環(huán)境，巖石形成于海底熱液活動(dòng)頻繁的區(qū)域，在高溫海水與海底巖石反復(fù)的熱作用，最終造就了這塊獨(dú)特的蛇紋石。

作為一種特殊的變質(zhì)巖，蛇紋石通常形成于大洋中心脊帶、大洋島弧或俯沖帶等構(gòu)造環(huán)境。

當(dāng)海底基性巖石與海底熱液系統(tǒng)中的高溫流體發(fā)生反應(yīng)時(shí)，就可能產(chǎn)生蛇紋化作用，所以這塊古老的蛇紋石就像一個(gè)見(jiàn)證者，訴說(shuō)著40億年前這個(gè)區(qū)域曾經(jīng)位于海底，并處于極為活躍的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境之中。

而蛇紋石的形成需借助海水參與，而這也正是我們重點(diǎn)關(guān)注之處。

在石頭的生成過(guò)程中，里面吸收了大量的海水，海水中稀有的氘元素也因此而被保存其間，通過(guò)對(duì)比現(xiàn)今海水中的氘含量，可以推算出40億年前的海洋規(guī)模。

研究人員對(duì)巖石中的氫同位素氘和氕的含量進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，這與現(xiàn)代海水中的比例存在著非常明顯的差異。

根據(jù)相關(guān)模型計(jì)算，地球歷史上海水總量至少減少了四分之一，雖然數(shù)字看似不小，但40億年的周期對(duì)地球系統(tǒng)來(lái)說(shuō)也不過(guò)彈指一揮間。

通過(guò)計(jì)算，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，時(shí)至今日，地球上的總水量并沒(méi)有減少，這又是什么原因呢？

想要知道這個(gè)問(wèn)題，那么我們就要知道地球上的水都是從哪里來(lái)的，又要到哪里去，在這一過(guò)程中，它又經(jīng)歷了什么……

水的來(lái)源

要知道，在地球形成的最初，水對(duì)地球環(huán)境來(lái)說(shuō)可謂是稀有資源。

根據(jù)大爆炸理論，我們的宇宙起源于高溫高密度的狀態(tài)，隨后經(jīng)歷了快速膨脹。

在這一過(guò)程中，僅有最輕的氫和氦元素才得以在大爆炸后殘存，那么地球上的水從何而來(lái)呢？

事實(shí)上，在早期的地球上，可能并不存在液態(tài)水的存在。

科學(xué)家猜測(cè)，地球形成之初高溫的環(huán)境使得水只能存在于水蒸氣的狀態(tài)，后續(xù)經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的冷卻過(guò)程，水蒸氣才逐漸凝結(jié)為液態(tài)，最終形成了海洋。

而有趣的是，最近幾十年間，研究人員提出了另一種理論。

他們認(rèn)為，早期地球上的水大多來(lái)源于太空，可能是隨著含水的微小行星和彗星一起撞向地球，從而為地球帶來(lái)了水資源，這一理論似乎更能解釋地球上水的豐富程度。

支持“水源自地球”觀點(diǎn)的科學(xué)家指出，在地球的地幔深處存在大量水資源。

通過(guò)對(duì)地球深部巖石的研究發(fā)現(xiàn)，巖石中的氫原子與氧化合形成了水分子，這些水被困藏在巖石間隙中，而火山噴發(fā)能將地幔中的水帶到地表。

甚至還有科學(xué)家通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在高溫高壓的地幔環(huán)境中，氫氣與石英反應(yīng)可以生成水。地幔水資源量可能是地表的1-10倍。

而地球地幔水說(shuō)的支持者認(rèn)為，地球上的水是在地球形成過(guò)程中自然生成的。

在地球誕生早期，太空中的各種元素和星云物質(zhì)聚合形成了原始的地球。

在高溫高壓下，這些元素進(jìn)入地球物質(zhì)中，經(jīng)歷各種化學(xué)反應(yīng)最終生成了水。

隨著地球表面溫度的降低，水汽凝結(jié)成雨水不斷地從天空降落到地面，幾十億年間，大量降水最終匯聚成海洋。

一些地質(zhì)學(xué)家曾在極端干燥的巖石中發(fā)現(xiàn)了大量氫原子，這些原子被鎖定在巖石的空隙和晶體中，這也就意味著僅地幔一處就蘊(yùn)藏著巨大的地下水資源，一旦這些氫原子與氧發(fā)生反應(yīng)，就會(huì)生成大量水。

而持“水來(lái)自外太空”觀點(diǎn)的科學(xué)家認(rèn)為，地球形成初期，來(lái)自小行星和彗星的撞擊給地球帶來(lái)了大量水資源。

研究顯示，彗星的組成包含大量冰和塵埃，冰中含有水。

當(dāng)彗星進(jìn)入地球大氣層時(shí)，強(qiáng)烈的沖擊導(dǎo)致溫度升高，冰體融化從而釋放出水。

不過(guò)也有科學(xué)家指出，彗星中的水與地球水有一定差異，且相關(guān)的地質(zhì)證據(jù)不足，所以難以完全證實(shí)這一假說(shuō)。

例如，在對(duì)67P彗星上的水進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，其中的氘同位素與地球水中的不同。

不過(guò)科學(xué)家至今也沒(méi)有找到足夠的小行星或隕石樣本佐證這一觀點(diǎn)。

然而，這一理論的支持者認(rèn)為，在地球形成初期，周?chē)€存在大量其他星體，它們墜落到地球表面時(shí)帶來(lái)了水資源，地球多次遭受這類撞擊，累積了大量的水之后才形成了海洋。

對(duì)于水的來(lái)源，各方觀點(diǎn)都有一定的科學(xué)依據(jù)，但由于地球早期環(huán)境復(fù)雜，獲取的證據(jù)有限，至今沒(méi)有定論。

更可能的情況是，水的形成既與地球自身演化有關(guān)，也與外太空物質(zhì)撞擊地球有關(guān)，是兩種機(jī)制共同作用的結(jié)果。

不過(guò)可以確定的是，在長(zhǎng)期的地質(zhì)演化中，地球形成了良好的水循環(huán)系統(tǒng)，使生命得以在該“藍(lán)色星球”繁衍生生不息。

水資源的歷史變化

地球上的水資源數(shù)量在過(guò)去的幾十億年中雖有波動(dòng)，但總體變化不大。

水主要以液態(tài)、固態(tài)和氣態(tài)在地球各個(gè)區(qū)域之間循環(huán)流動(dòng)。

在地球形成的早期，由于大氣層較薄，水分子易被紫外線分解，氫原子容易逃逸到外太空，導(dǎo)致水資源減少。

大約26億年前，藍(lán)藻的出現(xiàn)使光合作用產(chǎn)生的氧氣逐漸聚集，這也增強(qiáng)了地球?qū)λ肿拥谋Ａ裟芰Α?/span>

地球上經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的水循環(huán)，使大部分水資源可以重復(fù)利用，降水經(jīng)過(guò)地表徑流和地下徑流最終回到海洋，海水通過(guò)蒸發(fā)又形成云層。

而雨水中的水分子來(lái)源于這些云層，這樣的循環(huán)使水資源只會(huì)發(fā)生少量的損耗。

即使人類生活中大量消耗水資源，但自然界的水循環(huán)機(jī)制也能使水資源保持平衡。

我們也注意到，不同地區(qū)和不同時(shí)期對(duì)水資源的需求是不平衡的，發(fā)達(dá)國(guó)家和欠發(fā)達(dá)國(guó)家之間的用水量差異很大，一個(gè)地區(qū)在干旱時(shí)期對(duì)水的依賴也遠(yuǎn)高于濕潤(rùn)時(shí)期。

近年來(lái)，隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，人類活動(dòng)對(duì)自然水循環(huán)的影響也越來(lái)越大。

化石燃料的燃燒排放出大量二氧化碳，導(dǎo)致全球變暖效應(yīng)加劇，這也使得降水模式和徑流過(guò)程發(fā)生改變，一些地區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)更頻繁的干旱或洪澇災(zāi)害，再加上工業(yè)廢水的排放也污染了地表水體，從而降低了水資源的利用效率。

可以說(shuō)，人類活動(dòng)也在不同程度上擾亂了自然界原有的水循環(huán)節(jié)奏，所以我們需要在平衡不同需求的基礎(chǔ)上，保護(hù)好這一寶貴資源。

目前，一些干旱地區(qū)已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)發(fā)利用地下水資源，例如中亞地區(qū)通過(guò)打井獲取地下水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，但是過(guò)度開(kāi)發(fā)地下水也會(huì)導(dǎo)致地下水位下降，需要采取配套措施進(jìn)行管理。

一些國(guó)家利用海水淡化技術(shù)生產(chǎn)淡水，但操作成本較高，未來(lái)可能可以通過(guò)研發(fā)更高效的海水淡化設(shè)備來(lái)提供淡水。

水資源問(wèn)題不僅關(guān)系到經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也關(guān)系到人類文明乃至生存。

我們每個(gè)人都應(yīng)該意識(shí)到水的可貴，從日常生活做起，養(yǎng)成節(jié)約用水的習(xí)慣。