减少 地球上的水一天天增多还是减少?科学计算:地球每秒损失3千克氢
众所周知，地球是个“水球”，表面约有71%的面积被水覆盖。然而，地球之水哪里来却始终没有定论。不过在网上有个简单而有趣的问题:地球的总水量是保持一直不变的吗?相比100万年前，地球的总水量是增多了还是减少了?对于这个问题，可能很多人都会回答保持不变。因为地球有完善的水循环机制，水在自然循环中不断的失而复得。可是，事实真是如此吗?
文章插图
据美国地质调查局的数据显示，如果将地球上所有的水(海洋、冰帽、冰川、湖泊、河流、地下水和大气中的水)都放到一个球体中，那么水球的直径将约为860英里(约1385公里)，体积约为13.86亿立方公里(1立方公里的水约等于1万亿升)。虽然地球上的总水量变化是极其微小的，也很难去精确计算。但从长期看来，科学家认为地球的总水量会越来越少，并预计在10亿年后地球会因太阳老化出现温室效应失控，地表会变成如同火星一样的荒漠。当然，就目前而言，地球的总水量基本上保持不变。
文章插图
如果对化学分子式还有印象的话，水的化学式为H2O，由2个氢原子和1个氧原子构成。那么地球上总水量由什么决定呢?氢元素的存量。由于大气逃逸的关系，在过去45亿年来，地球每秒钟流失了3千克的氢(95000吨/年)。那氢是怎么逃离地球的呢?
文章插图
我们都知道，飞船要摆脱地球引力束缚，速度至少要达到逃逸速度，原子和分子也是如此。水分子受到光解会变成氢原子和氧原子，但氢原子要想逃离地球，必须首先要到达距离地面500 km的逸散层底。通常情况下，含氢的分子都会被束缚在大气底层，也就是电离层下。水分子会凝结成液态水落到地面，甲烷分子被氧化成二氧化碳等。不过还是有些水分子和甲烷分子能够到达平流层，在光解作用下释放出氢，慢慢到达了逸散层底。而逸散层底温度上下波动，最后有一部分氢原子在受热情况下克服地球引力逃入太空。
文章插图
还有就是带电粒子使一个原子或者分子获得了极高的速度。虽然地球磁场可以过滤掉绝大多数带电粒子，不过始终存在漏网之鱼。比如一个高速运动的氢离子和一个中性氢原子碰撞，发生电荷交换，产生一个高速运动的中性氢原子，在太阳风的帮助下，直接逃入太空。
不过地球上的氢并非“只出不入”。太阳日冕不断向星际空间抛射连续的等离子体粒子流(太阳风)，给地球带来大量的氢核、碳核、氧核等原子核，与地球的电子结合成氢原子、碳原子、氧原子等。当然，地球要想从太阳风里俘获氢原子也不容易。因为太阳风的速度为200-800km/s，远远超过地球逃逸速度11.2km/s。换句话说，太阳风送来了大量的氢原子，但也吹走了很多。
文章插图
有研究数据显示，在地球45亿年里，太阳风给地球带来的水大约为67.5亿吨。所以一个显而易见的事实是，地球上的水不大可能是从太阳风里慢慢积累得到的。另外很多科学家将地球在26亿年前的大氧化事件归功于光合作用，但有研究指出，氢的逃逸也起到了很大的作用。
相比过去，地球的总水量是多了还是少了呢?
【 减少|地球上的水一天天增多还是减少?科学计算:地球每秒损失3千克氢】曾发表于《美国国家科学院院刊》的一项研究指出，地球早期的总水量比现在要多得多，相比之下，目前大概地球大概失去了四分之一的水。来自丹麦自然历史博物馆的研究团队在格陵兰岛西南部伊苏阿(Isua)古老海床采集了一批蛇纹石，测量表明，氢与氘比例比现在要更高。团队认为，地球早期的一部分海水通过甲烷生成的过程分解为氢、氘和氧，其中部分氢和氘逃逸到太空中。通过海洋中氢同位素的比例变化，估算出在过去40亿年里，地球早期海洋的体积相比今天减少了大约四分之一(26%)。
文章插图
无独有偶，发表于《生命科学》的一份研究称，爱荷华州立大学的地质学家本杰明·约翰逊(Benjamin Johnson)分析了澳大利亚内陆地区玄武岩。这块岩石保存了不同年代的氧同位素，可追溯到32亿年前的古老海床景观。结果从100多个沉积物样本发现:在32亿年前，海洋中的氧-18比氧-16多(后者在现代海洋中更为常见)。通过计算机模拟表明，没有大陆的情况下，海洋呈现更多的是氧-18。也就是说，地球在32亿年前真的是一颗“水球”，到处都是水，没有大陆。
推荐阅读
- 交付 沉了！这艘刚交付的“新”船只跑了3次！船东将遭起诉和高额索赔
- 理论 黑洞是什么，它又是怎样形成的，一起来认识下吧
- 速度 宇宙中比光速更快的四种“速度”，你都知道几个
- 氢能冶金 碳中和正在进行时，炼铁氢还原替代碳还原的新时代已至！
- 约瑟夫·拜登 非要跟中国较量？美国疯狂印钞6万亿，结果搬起石头砸自己的脚
- 初入职场的我们 《初入职场的我们》郑茹心为什么会离开？
- 这就是街舞3 娱乐圈中的团宠，张艺兴凭借偶像特质，征服全网观众，获赞无数
- b《心动的信号4》官宣阵容，baby加盟，郭麒麟、宋祖儿惊喜现身
- 向往的生活5 李诞拥抱张艺兴，后者一脸地抗拒，但张艺兴和杨紫却可以亲密互动
- 心动的信号4 嘉宾阵容大洗牌！baby、宋祖儿加盟，张翰、杨超越退出