水的起源
水是一个古老的概念,是比地球上任何生物都要更古老的物质。水形成于地球演化初期,水几乎与地球同龄,而人类起源距今却只有短短的数百万年。人类对水的认识过程是漫长而复杂的,这其中既有理性的思辨和科学的剖析,也有宗教的宣扬或迷信的蛊惑。
关于水的起源的认识仍存在很大的分歧,目前在约有 32种关于水的形成的学说。其中一种学说认为在地球形成之前的初始物质中存在一种水分子的原始星云,类似于现在平均含水0.5%的陨石,地球形成后降到地球上,从而使地球上有了水。另一种学说认为在地球形成后才有形成水的原始元素(氢和氧)。氢与氧在适宜的条件下化合,生成羟基(OH)。羟基再经过复杂的变化,形成水(H2O)。
荷兰的天文学家奥特认为,地球上水的主要来源是我们这颗行星内部的岩石圈上的地幔。岩石圈的物质一半是由硅组成,包括各种硅酸盐类和水分。这些岩石在一定的温度和适宜的条件下(如火山爆发)脱水,从而形成了地球的水。美国学者肯尼迪等认为,岩石在熔化中完全混合时,含硅酸盐75%,含水25%。在地球形成初期,火山爆发频繁,从而加快了地球水的形成。由于地球内部的高温,使得地球的水还在增加。有研究表明,地球大洋面近 1000 年内上升了1.3米。不过近几十年海洋水面快速升高可能主要由于全球气候变暖造成。
有人认为组成原始地球的固体尘埃,实际上就是衰老了的星球爆炸而成的大量碎片,这些碎片多是无机盐之类的东西,在它们内部蕴藏着许多水分子,即所谓的结晶水合物。结晶水合物里面的结晶水在地球内部高温作用下离析出来就变成了水蒸气。喷到空中的水蒸气达到饱和时冷却成云,变成雨,落成地面上,聚集在低洼处,逐渐积累成湖泊和河流,最后汇集形成海洋。
尔特等人认为,地球是由难熔的物质凝聚而成,而挥发性的气体则形成了大气圈。地球原始的大气圈主要由碳氢化合物组成,天空中漂浮的是甲烷云,落下的是甲烷雨,地表是甲烷湖泊和甲烷河流。这些碳氢化合物在光化学作用下被分解成水和碳,而这些水就成了原始水。
赫斯等人倡导“岩浆成水说”,他们认为组成洋壳的蛇纹岩,在洋壳俯冲、沿缝合线进入地幔时,温度超过五百摄氏度,这时的蛇纹岩就放出大量的水,而变成橄榄岩。蛇纹岩释放出的水,就是现代海洋、湖泊、河流的最初来源。
一般的观点是:地球形成的早期,当时的气温较高,地球内部物质运动比较快,产生的地壳比较容易被对流带往地球深处。那时候地球表面一片荒凉,没有草木,没有飞鸟,没有鱼虾。地表无液态水,地球上绝大部分水都是以结晶水的形式存在于地球内部。后来,当地球内部的物质因高温分解产生了大量气体,气体随火山爆发冲破地壳被释放出来。频繁的火山活动带出了大量的水蒸气,它和大气一起来到地球外部。大约在太古生代初期,温度开始下降,水在大气中先浓缩成密度很大的蒸气云,而在地球冷却以后,大气中的水气便凝结成液态水,变成倾盆大雨,自天而降落地表。聚积在原始的陆地中,形成了最早的江、河、湖、海。这就是原始的水圈。随着水量逐渐增加,水分在地球上受太阳辐射的影响,以气态、液态、固态不断地进行转换。由蒸发、降水和大气输送等环节进行循环,开始形成了波涛汹涌的汪洋大海。