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地球的水不是早期小行星带来,新实验:水是地球形成过程就地制造

2026-10-28 寰宇科学

地球的水来源并非靠小行星从宇宙快递,而是就地生成?科学家进行高温实验发现,早期地球富含氢气的原始大气与卵石(Pebbles)相互作用的化学反应便能直接产生水,且产量可能高达当今地球海洋数百倍。


天文学家为何不断重新审视地球水的起源?因为传统外来水理论仍存在难克服的物理难题:原始太阳系的水只在雪线之外以冰形式存 在,地球位于雪线内侧,因此冰质小行星必须从遥远外太阳系“运送”水冰到地球(撞击地球),这需极精准且猛烈的引力弹弓效应,运送效率与总量至今仍有争议。

新墨西哥大学团队新研究试著将地球水起源与主流行星形成理论——鹅卵石吸积(PebbleAccretion)结合。

鹅卵石吸积概念指出,岩石行星(如地球)通过吸积无数细小的卵石逐渐长大,当行星质量达到一定程度,会俘获周围氢气形成厚重 炙热的氢气大气层,富含氧化铁(FeO)的矽酸盐卵石穿过氢气大气后发生化学反应:氧化铁(FeO)+氢气(H₂)→铁金属(Fe)+水蒸气(H₂O),水就此诞生。

研究人员指出,这项化学反应能直接于行星大气层内部产生水蒸气,随后融入行星岩浆海洋。

氢气对制水过程的重要性

为验证该理论,研究团队进行严谨高温实验,在1,200~1,400°C高温环境下,将矽酸盐岩石样本 分别置于“氢气流”与“氦气流”加热,时间15分~3小时不等。

结果表明,氢气环境样本近80%的化铁都被还原成铁金属,并成功产生水蒸气;氦气环境样本则完全未发生这种反应。

根据实验结果推算,研究团队认为仅通过该反应,早期地球就可能产生地球当前海洋总量数百倍的水,很难想象这些水可能是45亿年 前从地球地狱般的氢气大气层制造出来,但很可能就是事实。

早期地球确实曾有过厚重的原始氢气大气,虽然它最终被剥离,但逸散之前已与岩石反应产生水,这些水被“锁进”岩浆海洋与地函 ,成为今日地球水资源“种子”。

这项发现不仅改写地球水历史,更对寻找“第二个地球”产生深远影响,若水是行星形成过程天然副产品,那么一颗岩石行星只要在 富含氢气的大气环境形成就可能拥有水,大幅增加宇宙适居行星潜在数量。

新论文发表在《自然地球科学》(NatureGeoscience)期刊。