下面這段話估計(jì)大家都不陌生：
“如果把地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)做個(gè)形象的比喻，它就像一個(gè)雞蛋，地核（包括內(nèi)核和外核）就相當(dāng)于蛋黃，地幔就相當(dāng)于蛋白，地殼就相當(dāng)于蛋殼?！?/p>
（圖片來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院測(cè)量與地球物理研究所）
但是！如果說(shuō)地球也像椰子一樣，里面有很多“水”，你能理解么？
近日，發(fā)表于《自然·地球科學(xué)（nature geoscience）》的一項(xiàng)研究表明，地球的核心可能包含了地球上大部分的水，比地表的海洋要多得多。（是不是更像個(gè)椰子！）
地球上的水從哪里來(lái)？
從“水石相激，山谷轟鳴”，到打開(kāi)水龍頭，源源不斷的水嘩啦啦地從手上流過(guò)，你是否想過(guò)，打從“盤(pán)古開(kāi)天地”，地球上就有五大洋了嗎？還是后期演化過(guò)程中“生成”的？
小知識(shí)：
外源說(shuō)，地球上的水來(lái)自地球之外的物質(zhì)，如彗星、富含水的小行星、太陽(yáng)風(fēng)等。
內(nèi)源說(shuō)，地球上的水起始于地球形成初期，在形成地球的原始太陽(yáng)星云氣體和塵埃等物質(zhì)中就含有水，進(jìn)而分布在地球各個(gè)圈層。
“藍(lán)星”上的水從哪里來(lái)？“外源說(shuō)”？“內(nèi)源說(shuō)”？還是兩者的共同作用？這一系列問(wèn)題的答案制約著人類(lèi)對(duì)于地球形成演化過(guò)程的認(rèn)知，也限制著人類(lèi)去探索定地球上生命系統(tǒng)的形成與演化。
科學(xué)家在這篇論文（戳“閱讀原文”看論文）里認(rèn)為，地球可能在其演化早期（45億多年前）從富含氫（H）的太陽(yáng)星云中獲得了大量的水（H-O物質(zhì)成分），隨著后續(xù)的演化，部分氫-水（H-H2O）物質(zhì)可能和其他物質(zhì)一起聚合于地核中，這也為地球的水起源于自身增添了一個(gè)強(qiáng)有力的證據(jù)。
震驚！地核中也有水？！
地球深部的水并不是我們看到的地球表面液態(tài)、氣態(tài)或固態(tài)的水，而是以水分子的形式存在的結(jié)構(gòu)水，包括OH—、H+等與H有關(guān)的缺陷水，其載體可以是礦物、熔體和流體等（地球科學(xué)界之所以將各種含H相都泛稱(chēng)為“水”，是由于H一旦活動(dòng)，在條件合適的時(shí)候，就易于和地球上廣泛存在的O結(jié)合成 H2O）。例如，科學(xué)家通過(guò)對(duì)天然樣品的分析和高溫高壓實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)，表明地球深部的礦物含有主要以 OH 缺陷形式存在的結(jié)構(gòu)水，也就是氫會(huì)跟礦物中的氧結(jié)合。
研究人員試圖通過(guò)分析氫（H）在高壓和高溫下的行為，模擬在地幔和地核邊界的氫（H）和周?chē)奈镔|(zhì)會(huì)發(fā)生什么變化。
礦物的結(jié)構(gòu)缺陷中水的形式（Libowitzky,1998）
通過(guò)研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，水在地核的形成條件下，具有很強(qiáng)的偏鐵性。鐵是地核的主要成分之一，偏鐵性也就是更容易和含鐵物質(zhì)結(jié)合在一起，例如，實(shí)驗(yàn)表明，氫元素在地核中也可以以鐵的氫化物(FeHx)形式穩(wěn)定存在。在當(dāng)前的核幔邊界條件下，氫氣（H2）和水（H2O）更喜歡呆在地核中，而不是硅酸鹽（SixOy）熔體（地幔主要成分）。這意味著，任何保存在基性巖漿中的水都更傾向于分配到地核中。
（圖片來(lái)源：作者提供）
而且，任何通過(guò)俯沖作用（兩個(gè)板片碰撞時(shí)，密度更大的會(huì)下沉到地幔中，促進(jìn)地表和地下的物質(zhì)交換）添加到地幔最深處的水，現(xiàn)在也有分裂進(jìn)入地核的趨勢(shì)，要么直接進(jìn)入地核，要么與液態(tài)鐵反應(yīng)形成氧化鐵，釋放出氫氣進(jìn)入地核。
（圖片來(lái)源：作者提供）
由此，科學(xué)家得出：地核可能是一個(gè)巨大的水庫(kù)，可能包含了地球的大部分水。這一發(fā)現(xiàn)也可以解釋我們所測(cè)量的地球外核地震波速度大幅度降低、S波速度突然降為零（S波是一種橫波，不能在液體中傳播，故此推測(cè)地球有一個(gè)液態(tài)外核）。
（圖片來(lái)源：作者提供）
地幔藏著個(gè)“隱形海洋”
此外，之前科學(xué)家在地幔也發(fā)現(xiàn)了大量結(jié)構(gòu)水的存在。科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)在地幔轉(zhuǎn)換帶（地球內(nèi)部410~660公里深處）可能存在著一個(gè)3倍于地表海洋總水量的“隱形海洋”。在地幔各層圈中，過(guò)渡帶和下地幔上部含水量最高，大約占地?？偹康?4%以上，與海洋水比較，地?？偹繛楹Ｑ蟮?4倍以上。不同的學(xué)者對(duì)地幔含水量估算的數(shù)值上有所不同，但是毫無(wú)疑問(wèn)，地幔中蘊(yùn)藏了豐富的水。
地幔各層圈主要含水量和總水量（圖片來(lái)源：謝鴻森，2005）
未解之謎：地球之水何處來(lái)？
為了確定水的來(lái)源，我們常用氫的不同同位素比值(D/H值)來(lái)研究是否為同一來(lái)源，不同源區(qū)的氫同位素組成差別較大。地球上富含豐富的水是毋庸置疑的，但是這些水的主要來(lái)源，還不太確定。
不同源區(qū)水的 D/H 值（圖片來(lái)源：10000個(gè)科學(xué)難題·地球科學(xué)卷）
目前，在地球上水來(lái)源的解釋還無(wú)法協(xié)調(diào)全部的數(shù)據(jù)。一方面是由于現(xiàn)有數(shù)據(jù)與模型的不協(xié)調(diào)，如多種同位素體系之間的不匹配，各種模型中選擇參數(shù)的不確定，化學(xué)模型與物理模型的不吻合；另一方面則是由于我們的觀測(cè)手段還不能全面地追蹤外太空更多潛在的水源；再者，我們對(duì)太空中礦物相的變化及其同位素分餾機(jī)制也還沒(méi)有準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。因此，想要解決這個(gè)難題，還需要科研工作者不懈的努力。
作者單位：中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所
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