第四章:水的來歷

上章我們講了《大氣的來歷》，讓我們充分認識到了大氣的種類和作用，

下面讓我們一起來研究探索下《水》的來歷，請你參與哈！

水是我們大家最熟悉，最需要，根本離不開的物質，可水是從那來的呢？

人類自然回答:水是地下冒出來的？水是天上下雨來的？水是海洋江 ​​​[/cp]

地球是太陽系中獨一無二的水球，其表面的71%都被水所覆蓋。地球表面的水都分佈在以下幾個地方了。

我們都知道地球表面有很多水，且都多以液態，氣態或固態的形式存在在地球表面各個地方。既然地球是一個水球，那麼地球內部究竟有沒有水呢？

要看地球內部有沒有水的話，首先還是要先了解以下地球內部的結構和條件如何。

地球的內部結構從裡到外分為地殼，地幔和地殼。從上面的圖片資料整理來看，除了地殼以外，地幔和地核都是高溫高壓的地方，像地表那樣的水在那種地方是很難形成的。因此從現在的研究來看地底也根本不可能存在一個有液態水的地下海洋。

但是地球就是一個創造奇蹟的地方，儘管它的內部條件極為苛刻，然而還是阻止不了水的存在。科學家們在2014年根據對尖晶橄欖石樣品測試結果發現了水的直接證據，並且在USArray專案中的過渡區觀測中也發現了地幔中存在大量水的進一步證據。

這些隱藏的“水”大多存在於地幔的過渡區中（約地表以下410公里到660公里），位於上地幔和下地幔的中間。只不過地球內部的"水",並不是我們所知道的水，在該過渡區約1100攝氏度的高溫以及地下深處的極端壓力下，水被分解成羥基和氧氣。它們不是液體，氣體，固體或等離子體，它是以氫氧化物的形式存在於地球內部的各種礦物中。據估計，地球內部還含有1.5倍至11倍的海洋水量。

總的來說地球的水也不僅僅只存在於地表和地殼中，地球內部應該是有大量的水，只不過它是被鎖在了地球內部的礦物質中。地球內部的水多存在於地幔的過渡區中，該地區的高壓多晶體物能容納足夠的水，約佔其重量的2.5%左右。所以千萬別覺得地球內部不存在水，也許地球早期的水就是由其內部中含有氧和氫的礦物質透過火山噴發不斷釋放出H₂O（也就是水蒸氣）得來的。總之地球可是活了46億年，人類對它的瞭解也許只是滄海一粟。

地球內部高溫、高壓下所有的物質都是金屬態氫離子——一種等離子體狀態，沒有水。

白堊紀末期小行星撞擊地球導致地臺活化，隕石坑岩漿衝擊波層流裡金屬態氫離子聚合形成二氧化矽、矽酸鹽、水等等。

水是地球上很常見的一種物質。即使是在乾旱的沙漠地區也能找到水的身影。地球上的水不只是存在於地表和地殼的，在地球內部也是有大量的水存在的。

地球內部不是溫度高的岩石都融化成岩漿了，怎麼還會有水存在呢？這就是地球的神奇之處，水火偏偏就能夠相容。這又是為什麼呢？一起了解一下。

圖示：地球上的海洋

地球形成於大約46億年前一片原始的太陽星雲經過坍縮凝聚而成的。這些太陽星雲的物質中就含有水。這些含水的物質形成了地球。而地球在剛剛形成的時候，溫度非常的高，表面岩漿橫流，地球表面岩漿中的水分因為高溫被是放到了地球原始大氣中。後來隨著地球表面的溫度降低，地球大氣中的水蒸氣預冷凝結形成降雨落到地面上。

圖示：原始地球表面冷卻時，岩漿釋放出大量的水

地球內部的更多的水分因為地殼的冷卻被所在了內部的岩漿中。地球內部的岩漿含水量是非常豐富的。據分析，地球內部的岩漿含水量高達30%。地球內部岩漿中的水隨著火山噴發，地球的板塊運動被是放到地表。據統計，在地球46億年的時間裡，透過火山噴發而釋放出的地球內部岩漿中的水佔到了地球表面總水量的一半多。

圖示：流淌的岩漿將地球內部的水分帶出地表

而現在地球的內部仍然是熾熱的，地球上的火山還在不斷的噴發著。這樣地球內部的水分還在不斷的被釋放到地表。同時研究表明地球海洋底部的海水還會透過板塊運動再次進入到地球內部的岩漿中，每年多達幾十億噸。這些進入地球內部的水還會透過火山噴發再次回到地表。這也算是地球上的另外一種水迴圈方式吧！

因此，在地球上不單單隻有地表和地殼中存在水的，地球內部也是存在著大量的水的。

地球的水到底在哪？

地球是八大行星當中，唯一一個表面有大量液態水的行星，但實際上地球的水儲量並不算豐富，即便如此水佔地球表面也差不多達到了71%左右。

那麼，這就是地球上所有的水的儲量了麼？

實際上，並非如此。

地球表面的水只佔據地球總水量的一部分，而且是一小部分。這些水絕大多數都在地幔當中，這到底是咋回事呢？這就要從水的起源說起。

話說早期地球形成時，構成地球的元素當中就含有水，主要是以氫離子，羥基等形式透過水化作用進入到物質的晶格當中。後來，由於地球形成時是個大火球，許多水都被烘烤出來，以水蒸氣的形式存在於大氣當中，由於地球引力的作用，它們才沒有像氫氣那樣跑掉。

有沒有證據呢？實際上是真的有，有地球的岩石為證，也就是尖晶橄欖石，或者叫做林伍德石。

下圖就是尖晶橄欖石結構示意圖，其中灰色大球就是氧原子，紅色小球就是氫原子，也就是說這種岩石富含水。

這種岩石是主要的造岩礦物，它廣泛分佈在構成地球的深處過渡帶。

距地球表面200km的地下深處的尖晶橄欖石含水濃度就非常大，具體有多可觀呢？根據科學家們的測算髮現，大概100萬個晶體分子當中，就差不多能有2000個水分子。

而距地球表面410到660千米深度的尖晶橄欖石差不多可以達到100個晶體分子當中，就能有1.5個水分子的存在。

透過理論計算和測算，科學家提出，在上下地幔的過度帶上應該具有大量的尖晶橄欖石。

並且，科學家還對在部分的水的總量進行了估算，如果我們按照尖晶橄欖石的平均含量僅為1%的計算（實際上已經往低了去估算），那麼僅僅是尖晶橄欖石所帶有的總水量就達到了4.5*10^（10）億噸，這個數字比地表總水量的三倍還要多。

所以，從這點來看，地球的水就不只是在地球的表面和地球的地殼當中，而是有大量的水是在上下地幔過渡帶上的尖晶橄欖石當中。那水到底是什麼時候進入到這些岩石的晶格當中的呢？坦白的說，這個問題至今還沒有得到解決。

至於地表的水，科學家後來在澳大利也發現了鋯石碎片，透過測年法，科學家確定了這塊鋯石碎片是44億年前的，它存在於地殼裡，而不是地幔裡。地球也就是形成於45~46億年前，也就是說，地球形成之初地表和地殼就有水了。

後來，科學家根據各種現有的證據進行推算，他們認為地球早期形成沒多久，地球表面和地殼就已經存在了水。而地殼和地表的水，其實也在迴圈，這是因為板塊移動導致的。地殼分為兩種：一種是大陸地殼，比較輕，也比較厚；一種是大洋地殼，比較重，比較薄。由於地幔溫度高，又很粘稠，加上熱對流的作用，地幔就會流動，也就是會帶著地殼動。

因為大洋板橋更重，也更薄，因此就會呈現向下俯衝的狀態，這時候就會有大量的水進入到地殼當中，下圖中右側，我們就能注意到這些水後來還會跟著火山岩漿回到地球的表面。

這種現象不僅出現在地球歷史上那些板塊運動激烈的時候，實際上，時至今日也沒有停下來過，2018年11月份，有科學家釋出了他們對於在馬里亞納大海溝的研究，研究表明馬里亞納大海溝附近，有大量的水被吞噬到地殼當中。

最後，我們來總結一下，水其實存在於地表，地殼和地幔當中，至於再往深還有沒有，我們目前不得而知。就目前所知道的情況來看，地球大部分的水，大概超過75%以上的水應該都在地幔當中，被儲存在尖晶橄欖石的晶格當中。而地殼和地表的水只佔總水量不到25%的量。

對於地球上所有的水都聚集在地表和地殼呢？地球內部有沒有大量的水存在呢之話題，我個人的觀點認為，地球上所有的水都以液態、固態和氣態的方式，聚集於地表、地殼和空氣之中，這是地球特殊條件的一種自然現象。地球內部是不會有大量水現象存在的情況，但會有大量可構成水的氫和氧元素存在。為什麼會這樣說呢？

因為，從目前地球形成的自然環境來看，水圈的迴圈的確存在於地表、地殼和空氣之中，尤其是浩瀚海洋中的液態水體現象的自然形成，南北兩極和高山冰封的自然形成和大氣層中的氣態水形成，更能體現地球水圈迴圈的現實存在，可以說，地球上的水都聚集在地表、地殼和大氣層中進行三態轉換迴圈。

至於地球內部是否有大量水存在的問題，我認為，是沒有的，主要原因是地幔和地核圈層都處於超高溫狀態，自然溫度高達6千攝氏度或以上，物質中所有的水都會形成氣態現象而被散出到地殼圈層或地表之中。因而，地核和地幔圈層之中是不會有大量水現象的自然存在。但是，存在於地核和地幔圈層之中的物質，會有大量的氫和氧元素存在，能在環境變化適宜的情況下，這兩種元素是合成水的唯一來源。

地球上所有的水都聚集在地表和地殼嗎？地球內部有沒有大量水的存在

我們每天都喝水，人體內含水量可高達70%，地球上的生命體的生存都離不開水，水是生命的起源，科學家在研究地球的演化過程中，對水非常的重視，研究表明水促進了地球的演化和生命的起源。地球在太陽系我們已有研究的各星體中最為特殊——存在大量液態水、存在生命，我們每一個生命體都是獨一無二的，我們的地球也是最特殊的。

從地理課堂層面的知識來說，地球上水的分佈，通常說的是水資源的分佈：地球表面積5.1億平方千米，其中海洋約3.61億平方千米，佔地球表面的70.8%。

地面雖有江河湖泊，但是論總水量，海水（鹹水）總量是地表淡水總量的30多倍，鹹水佔總水量97%，只有3%是淡水，這3%的淡水大多數分佈在南極洲，以冰川固體形態保留，而陸地大多數河流的源頭也來自於高山冰帽子，淡水中68.7%是以冰的形態存在。

綜上，心繫地球環境，心繫子孫後代的環保人士以及地理老師，都會常常告訴我們淡水資源極其寶貴，不光淡水資源寶貴，地球上的水總量和地球體積相比較，也是很少的。

海洋最深處位於太平洋內，雖然最深可達11.034km，但太平洋平均深度約為4千米，全球海洋平均深度4.5千米左右，但地球半徑約為6371km，全世界的水總量加起來，體積約為13.86億立方千米，但地球的體積約為10832億立方米，水只佔地球體積的1/782。

地質學家把地球分為：地殼、地幔、地核三部分，非常類似蛋黃的結構（就是形狀比雞蛋要圓一些），地殼薄的地方僅有1.5Km，最厚莫過於高原，通常厚度在5-60km之間，相比於地球半徑可謂是和雞蛋殼一般薄，以莫霍面為界，下面是地幔，以古登堡為界限，再往內為地核，地球的結構是以地震波的傳播進行區分的，波在不同密度不同介質中傳播速度不同，從而判斷地球內部結構。

被技術限制，人類對地球內部的研究遠遠不夠，地幔當中可能有大量的水嗎？

關於地球水從哪裡來，和上篇文章/回答中黑洞君說過一句話類似，我們沒有時光機，無法回到過去看到宇宙的演化，所以我們也無法斷定水到底是如何起源的，但是根據天文、地質研究，對水的起源通常有“外源說”和“自源說”。

外源說：水是從外界帶來的。這個外界也有很多說法：

彗星、小行星（小行星帶裡有很多含水天體）撞到地球，它們自身帶富含水，撞擊過後為地球帶來了水。

太陽風吹來了水，太陽風帶來了大量氫核、氧核、碳核，它們在地球大氣發生各種反應，最後形成了“宇宙水”

按照外源說，地球的水來自外部，那麼水形成後，也是由外向內滲透，雖然現在的海洋覆蓋面積巨大，但依然難以滲透到地球內部，外源說下，地球的內部不存在“水”

自源說：地球形成之初，太陽星雲和塵埃凝聚而成的地球自帶水源

地球誕生以來，就有水存在，它們存在於高壓下的地殼下，後經過地質變化，形成大量的地表水。內源說從根本上就帶有地球內部有大量水存在的可能。

水的化學成分非常簡單氫和氧，在地球內部和地球形成之初，它們可能被壓縮並存儲在地球內部，隨著地質活動來到地表。

2018年《科學》雜誌發表的研究表明，科研人員在研究地表下數百公里噴出的天然鑽石的時候，發現一種奇特的結晶水，稱為“冰七”，它密度遠大於普通水，必須在高壓下才能生成，而它們的發現，證明了在地表下600千米之下存在遊離水。

“冰七”是在地球內部形成的鑽石內發現，透過研究分析那些鑽石，顯示在地幔410千米-660千米轉換帶富含液態水，更深處可能也是如此。

地表水的分佈較好研究，水資源的確稀缺（部分大城市水資源匱乏嚴重），但是目前科技，讓我們對水的起源還無法明確，地球內部更深處我們也無法直接研究，但根據一些證據和推理，地球內部地幔出確實可能含有大量的水。