地球上的水科普知识介绍阅读

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地球上的水介绍

美国作家查尔斯·费什曼所著的一本书《大水荒：水资源大战与动荡未来》中告诉我们：水只会在人们习惯找到它的地方慢慢消失，仍然会有大量的水存在于地幔中，比如存在于岩石中的水。而地球上的水几乎都来自于外太空。

1猎户座星云是个“造水工厂”

迄今为止，地球上发现的最古老的岩石在加拿大魁北克省北部，有42.8亿年历史。这些年代久远的岩石，几乎与太阳系的年龄相近(据估计，太阳系已经存在46亿年)。可是你也许不知道，我们卫生间的水龙头里流出的水，极有可能比加拿大的岩石更为古老——它可能已存在了43亿、44亿或者45亿年。

尽管这个说法仍存在争议，但应该说我们现在所拥有的水，的确早已存在，并会永远存在下去。因为地球上的水的分子式一直都是H2O。这些水不仅来自太空，甚至也形成于太空。实际上，水本身就是宇宙的“体液”，比太阳系的形成还早数亿年，甚至数十亿年。

加里·梅尔尼克是美国哈佛大学天体物理学中心的资深天体物理学家，他也是1997年时通过欧洲航天局设计的红外线太空天文台，发现一个相当规模的“星际水源”的团队成员之一。多年来，他一直用轨道望远镜研究星体的形成和太空水。他发现猎户座的星体属于银河系，其旁边有一个亮闪闪的点，即猎户座“宝剑”上的一个小圆点，实际上它不是星体，而是一个巨大、明亮、由气体和尘雾形成的云团，

即“猎户座分子云团”。氢气就在这种云团里凝结，正在形成新的星体。梅尔尼克说：“猎户座离地球最近，是大星体形成的区域。”这个氢气云团看起来像猎户座旁的一个小圆点，其实它规模庞大，可以产生成千上万个星体。

梅尔尼克在和同事们用望远镜观察猎户座分子云团时发现，那里“每24分钟产生的水，足以填满地球上的所有海洋”。这些星体结合或分解时会发出冲击波，冲击波穿过含有游离态的氢和氧的气体云，当冲击波冲击氢原子和氧原子使它们结合时，通常就会形成水。

在此需要强调的是，氢是宇宙中最普遍的元素，而氧元素位列第三。因此，悬挂在猎户座腰部的“宝剑”其实就像一个造水厂，一直在源源不断地造水，每天制造的水量甚至是地球所需的60倍，其规模之大，令人难以置信。而这一片正在造水的区域，不过是银河系中一片不起眼的“沼泽”而已。

梅尔尼克说，宇宙之大，我们难以想象。“那些星云所造之水虽然很多，且密度很大，但我们仍不会说，若飘在太空，可能会被一大堆水打到。”所以尽管这块星云产水量如此巨大，但它是在相当于420个太阳系范围大小的空间内造水，它周围的温度相对于我们来说，也仍不算“潮湿”。即使在这块星云中微尘最多的地方，即粒子最集中的地方，也比人类在地球上能创造出来的任何真空都“空寂”。

梅尔尼克称自他们发现这块星云以来的14年里，它已经创造出了如地球一样湿润多水的30万颗星体上所有的水的总量。

2地球水的“第四种存在形态”

让我们回到地球上——地球上的水更大多数其实并不是以我们所熟知的冰、水、气三种形式存在。水还有另外一种存在形式，这种形式异乎寻常——那就是封存在岩石中的水。

可以说，这些岩石像一个巨大的水库，它的含水量至少与地球上所有河流、海洋和冰川中的水量加起来一样多，或许还是海洋水量的4倍、6倍或10倍。但它们一直被深埋在我们脚下410千米(约255英里)处。

这种奇特的“第四种形态”的水，还可能隐匿在你家的厨房中。如果你家厨房的绿石灶台是用蛇纹石做成的，假设一块蛇纹石的锅台面板重约90公斤，在这块石头中，就有约10公斤会是水，即石头中可能融入了10升水。但是，这种融合并不像把鸡蛋搅在稀面糊中那样，而是水融进矿石的每个分子中，即裹在构成蛇纹石的镁、硅和氧原子的点阵结构中。几乎地下410千米深处的矿石大都以这样的方式融进了水，当然这些水的存在形态并不是我们所熟知的那种——410千米厚的岩石叠加在一起所产生的重力，以及2000华氏度(约1093.33℃)高温加热的共同作用下，一个氢原子会离开水分子，留下一个羟基，而这个氢原子会融入矿石分子。科学家把这种融入水的矿石称为“水合矿物质”(即“水岩”)。

有一点难以理解之处：一旦把羟基和单独的氢原子注入岩石的晶体点阵，埋在地下近500千米的深处，这些原子若依然结合成水分子，将以何种方式存在?

美国西北大学的地球物理学家史蒂芬·雅各布森专门研究地球内部

的热量、压力，以及人类几乎不能到达的漆黑世界。他用巨大的压力(用来锻造人造钻石的压力)模拟在地下约500千米深处的压力和温度，将水挤进岩石。他说：“如果去除压力和温度，氢原子和羟基会合成水分子。如果它不在岩石中，它就是水。如果它被融入岩石，它看起来就还是岩石。所以矿石是地球上大部分水的存在之处——水就在矿石中。”

可以这样形象地解释：在适当的温度和压力下，某种矿石的确将水吸入其分子结构中，就像海绵吸水一样。而水分子进入矿石就会分解，分解为一个氢原子和一个羟基。所以矿石中绝对有水。

而且科学家至少从三方面得出了结论：水岩确实比没有水合状态时更柔韧，更易变形;科学家能用红外线分光镜测量出矿石分子结构中的水分子;最重要的是，当矿石承受的压力和温度以适当的方式被去除时，氢原子和羟基就会从矿石中脱离，以水的形式从矿石中流出。

科学家认为，他们已经弄清楚，这种水岩遍布地下400-650千米的深处，厚达240千米，比地球表面的水层还要厚。

雅各布森说，即使这种矿石的含水量只有1%，其水量也很大，实际上已相当于地球海洋水量的几倍。如今全球有成百上千名科学家正在研究地球深层水的物理特性和巨大作用。

我们也许看不见这种隐身在地球深处的水，而且这种水或许比美国国家航空航天局2009年在月球上发现的水的存在形式更难研究、更难理解，但地球的深层水与美国圣莫尼卡码头、英国多佛白崖的汹涌波涛，以及南非约翰内斯堡或上海的地平线涌起的风暴云其实都有关联。