地球是太陽系中唯一擁有大量水的行星。這些水是從哪裡來的?與太陽系中的每個其他行星相比,地球上為什麼有這麼多水?
地球是太陽系中唯一擁有大量水的行星。這些水是從哪裡來的?與太陽系中的每個其他行星相比,地球上為什麼有這麼多水?
您關於太陽係其他地方沒有很多水的假設是不正確的。根據NASA網站上的本文;
近年來,人們的看法顛覆了我們對乾燥太陽系的看法,並從大量證據中得出了充足的水的證據。
來自太陽系偏遠角落的彗星是由水和其他冰塊組成。軌道器,著陸器和火星車揭示了火星在遙遠的過去是一個水世界-這個世界今天可能包含整個地下冷凍水。
它也指出了
>木星的月亮歐羅巴擁有結冰的水殼,覆蓋著厚厚的全球海洋。根據目前的估計,它的水量是地球上所有海洋和河流的兩倍!
人們對太陽係其餘部分沒有很多水的看法可能是由於地球位於'金鎖區'的事實,在那里水可以在行星表面的所有三個階段 存在。太陽系中其餘行星的溫度太高以致只能以氣相存在,或者太冷以致只能存在於地表的冰層或下方的液體中。
當地球自身從增生盤中組裝出來時,水已經存在了。火山的持續放氣將水轉移到充滿水的大氣中。雨水將水轉移到地表。
與其他行星和更小的太陽系物體相比,地球具有很大的優勢。它的大小足以防止水分子離開重力場,並且具有防止大氣侵蝕的磁場。(維基百科)。這是由於地球的外核是液體(運動的帶電液體=磁場)。火星可能有海洋,直到其外層核心凝固得如此之多,以至於對流停止了。磁場消失後,幾百萬年的太陽輻射清除了整個大氣層和海洋。
要認識到的一個重要問題是,正如托比亞斯已經指出的那樣,原太陽盤中的水一定非常豐富,對此,我只想簡單地談一下我們在太陽日冕中測量的原子豐度,例如由wikimedia-commons圖形呈現:
(旁注:這些數量與修訂後的 Asplund2009-數量比較好)
認為這些數字代表了太陽的整體組成,因為自4.567 Gyrs以來,它僅燃燒氦氣。因此,通常認為該成分是原始的,或者是太陽系開始時的成分。
現在,讓我們想像一下這種原子混合物在年輕的地球行星周圍積累,並集中於最豐富的元素H,He,C,N和O。在一個被紫外線屏蔽的厚行星包圍層中,平衡化學將然後會形成許多$ H_2 $,他會保持惰性,C,N,O會嘗試與Hydrogen反應,這僅僅是因為與CNO組內部相遇的次數要多得多。會形成一些CO,因為這是一個非常穩定的分子,但是當C耗盡時,我們的原生太陽星雲的C / O約為0.5 $,仍然有大量氧氣存在。因此,它不可避免地會與$ H_2O $結合。
結果是,我們希望行星形成盤中確實有很多水。
在此之後,水的逃逸或銷毀顯然也非常有效,並且其他答案也涉及到水在地球上的保留。因此,事實上,天文學家們現在想知道“所有的水都流到哪裡了?”
海洋 did 在其他岩石行星上形成-至少金星和火星,而且還有許多木星和土星的衛星。
問題是這兩個曾經擁有海洋的其他陸地“超級行星”,即上述的維納斯和火星,他們以不同的方式失去了它們。
在金星上,發生的事情似乎是,合成了迄今為止最好的理論和證據,因為由於自然主序恆星的演化,太陽穩定地變熱,所以行星基本上離開了恆星。居住區。海洋蒸發並消失在太空中。起作用的方式是,隨著行星升溫,大氣中水蒸氣的含量增加,其中一些蒸氣上升到大氣層的頂部。在頂部,紫外光通量開始分解(光解離)水分子,釋放出氫,然後氫由於其重力離子化能量非常低而容易逸出(對於金星,逸出速度為10.36 km / s,它類似於到地球-剝離一個 $ \ mathrm {H} _2 $ span>分子,質量約為3.4 yg,成本為0.18 aJ或1.1 eV,可以很容易地由光子提供,恆星風或其他因素。如果不進行分子化就剝離新生的[單原子]氫,則只需花費一半即可。)最終結果是在非常高的壓力下富氧氣氛(接近純淨的氧氣),儘管與下方岩石的化學反應可能會消除其中的一部分。
但是,您可能會注意到,當前的氣氛主要是二氧化碳,表面溫度非常高,因此儘管上述情況似乎合理,但人們必須懷疑這種氣氛是如何獲得的。好吧,這就是事情。像地球一樣,金星在其擁有海洋的早期可能就有板塊構造。海水似乎是至少在地球大小附近的行星上板塊構造活動的必要組成部分,是一種“潤滑劑”,沒有它,板塊構造就無法運轉。因此,一旦水從金星蒸發,它所擁有的任何構造都將停止。
板塊構造的停止,儘管對於初學者來說似乎並不多(那又是什麼呢?這些大陸停止移動,並且您停止地震了嗎?),實際上對這種行星來說是災難性。您會發現,板塊構造不僅能移動大陸,山脈和地震。它最關鍵的作用是充當一種“釋放閥”,用於釋放由於原始放射性核素與地幔岩石混合(主要是 $ ^ {238} \ mathrm {U} $ span>)。這是因為,在擴散區,熱的地幔物質會滲出(冰島是一個很好的示例,說明該過程恰好在水面上,可以用肉眼看到-如果您太窮而無法旅行,請在youtube上觀看) ),然後在俯衝帶上形成火山,就像地球上的太平洋火環一樣。釋放出的物質將熱量傳遞到大氣中,因此最終將其輻射到太空中,從而散發了內部熱量。如果沒有該過程,則熱量的散發效率將大大降低-基本上僅是通過地面傳導,這是可怕的。
結果,一旦失去構造,放射性熱量便開始在內部積聚,地幔溫度開始明顯升高。當開始時,最終必須付出一些代價。而“給予”的含義還不是很容易理解,但似乎要么是構造學在“短時間內”以“復仇”的方式重新開始,要么是開始廣泛的玄武岩洪水爆發,或者兩者結合。在任何情況下,結果都是快速的-當然,在地質規模上,實際上是大約1億年-“全球重鋪事件”導致舊地殼的全部俯衝/置換或兩者結合(因此,其速度要快得多)構造運動的速度比地球上的運動快-回收所有超過100 Myr的地殼將使板塊運動達到20 cm / yr的數量級,而最近一段時間印度最快的板塊運動僅為4-6 cm / yr)或類似於西伯利亞圈閉的漸進式埋葬流(可能來自多個發洩源),其持續時間足夠長,足以至少覆蓋所有低窪地區。在這兩種情況下,都會大量釋放主要包括二氧化碳的火山氣體,並迅速將大氣轉變為“失控的溫室”狀態,就像我們今天在地球上看到的那樣。金星上的最後一次GRE大約在500 Ma結束,在那之前最後一次有海洋之前可能還有更多,目前的厚度可能是這樣一系列事件的結果,而不僅僅是一個
另一方面,火星上的海洋似乎遭受了較為平靜的滅亡。在這種情況下,似乎主要的問題是行星太小了,其原因不是外部變化的結果,而是太陽內部的變化。由於缺乏尺寸,因而缺乏質量,因此堆芯內部的原始熱量較少,而放射性核素的負荷較小,可以保持內部溫度。內部會冷卻到其鐵內芯完全凍結的程度,從而關閉行星磁場發電機,我們知道過去存在,這是由於今天由於地殼富裕,地殼中仍然存在小區域的“化石”磁化強度
這是一個問題,因為地球上的磁場用於將太陽風從大氣中偏轉出來。沒有它,風將直接撞擊大氣並開始“濺射”或吹走。這樣,火星就失去了像彗星尾巴一樣的大氣層,由於壓力下降,海洋也因此消失了。剩下的只是少量的重(因此很難除去)的二氧化碳。沒有產生失控的溫室,因為內部的熱量狀況恰好相反-並不是過熱,而是在冷卻。
通常,只要形成行星的材料(即恆星的行星)具有大量的水(通常是這種情況),由於化學分化過程導致表面積聚,行星將形成海洋水庫。實際上,在許多情況下,它們可以形成更多的海洋,正如我們通過觀測太陽系外行星系統所看到的那樣,這些行星的行星可能具有幾百公里厚的“海洋”層(從技術上講,這只會是液態海洋海洋適當地下降到大約100 km左右-此時,壓力變得足夠高[儘管精確的深度取決於局部重力]通過壓縮[大約1 GPa的壓力,為了進行比較,地球上10千米深處的馬里亞納群島(Marianas)約為100 MPa],而該點以下的其餘層是各種高壓冰相,因此沒有裸地。這全都取決於形成它的物質的水含量,而且變化很大。
(實際上,人們可以將木星和土星的某些衛星視為此類行星的太陽系實例。 b>組成,其尺寸大大減小,因為太陽系外的例子位於一個地球質量的北部( $ 6000 \ \ mathrm {Yg} $ span>)。)
在創建之前,水實際上從未在地球上存在過。
天文學家意識到,有兩種現成的水源:彗星和小行星,太陽系的礫石散佈在行星巨石之間。兩者之間的主要區別在於,彗星通常具有較高濃度的成分,這些成分在加熱時會蒸發,這是由於它們的標誌性氣體尾巴所致。彗星和小行星都可能含有冰。而且,如果通過與地球相撞,他們增加了一些科學家懷疑的物質數量,那麼這樣的屍體很容易就能輸送出海洋中足夠的水。因此,每個人都被當作謎團中的嫌疑人。
在兩者之間進行裁決是一個挑戰,多年來,科學判斷已經從一種轉向另一種。然而,最近對其化學成分的觀察使小行星的規模不斷擴大。例如,研究人員去年報導說,小行星中不同形式的氫的比例似乎更符合我們在地球上發現的比例。但是分析是基於有限的樣本進行的,這意味著我們很有可能還沒有聽到最後的話