较真要点：早期研究表明 ， 地球曾经被水覆盖的可能性很大 。 聚焦地幔的新证据表明 ， 数十亿年前 ， 我们的整个星球被海洋所覆盖 ， 是货真价实的水世界 。
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艺术家对水世界星球的概念图 。 ——图片来自科学新闻网（Sci-News） 。
科学家理论理论阐释了这些外行星——世界绕远距离的的恒星——可能是水世界 ， 岩质行星完全被全球全球海洋覆盖 。 本月 ， 哈佛大学的的一位研究者发表了新的证据——地球它本身曾是一个水世界 ， 它自身的全球海洋和非常少 ， 至少 ， 可见的陆地 。 哈佛的行星科学家董俊杰是是新论文的第一作者 ， 集中在地球地幔存在的水 ， 我们行星的的地壳和地核之间的岩石层 。 这些结果发表在2021年3月9日 ， 在同行审议的杂志美国地球联合会进展AGU Advances上 。
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你可能在学校的时候了解过 ， 地球的水循环就是水不断地相互转化：从海洋表面蒸发到大气——到充满河流和湖泊的降雨 ， 进而又会形成冰川、极地冰盖和地下水库——而且相比人类的时间尺度而言 ， 水通常会在很久之后 ， 最终又回到了海洋 。 但是我们很少想到水在地下过程中所起的重要作用 。 例如 ， 岩浆中的水含量决定了火山的爆发力 ， 水在石油的形成和迁移中起着重要的作用 。
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海水也渗透到海洋地壳中 。 在那里 ， 它使火成岩水合 ， 把它们转化为所谓的含水矿物 。 正是在这种形式下 ， 水被带到地幔中 。 Dong的论文解释了他的团队用来推断地球曾经是一个水世界的思想过程：
地球表面的水大部分都储存在海洋里 ， 同时在它的内部 ， 主要的岩石转化成矿物质的过程 ， 附带了极其重要的一部分水……这些水可以溶解地幔中的矿物质 ， 这就是所谓的水存储能力 ， 这通常会降低地球更多的温度 。 在几十亿年的变迁中 ， 地球内部水和表层水的转化已经能控制海洋体积的变化了 。
这里 ， 我们计算地幔水存储容量 ， 早期地幔温度具备储水 。 我们发现水存储容量是出于一个热的 ， 早期地球地幔可能比有水支撑的地幔更小 ， 所以外加在今天的地幔水想要存在于早期地球表明和产生更广阔的海洋
【地球|古代地球是一个水世界吗？】长期以来都是假设地质时代的地表海洋体积几乎保持不变 ， 但我们的结果表明这可能需要重新评估 。
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如今 ， 大约70%的地表被水覆盖 。 但几十亿年前 ， 可能根本看不到地表土地 。 （图片来源：美国地质勘探局/密歇根理工大学）
现在地底深处 ， 水被储存在两种高压形式的火山矿物橄榄石中：含水瓦士利石和菱镁矿 。 这种水被认为是以羟基化合物的形式存在 ， 由氧原子和氢原子组成 。
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迄今为止 ， 关于这些矿物储存能力的知识都是基于我们现代地球上地幔内部的高温和高压 。 但董想更进一步 ， 计算出在更大温度范围内的存储容量 。 为什么因为当地球更年轻的时候 ， 地幔的温度比现在高得多 ， 这意味着它的储水量比现在少 。 结果表明 ， 这两种矿物在较高温度下对水的储存能力较低 。 如果地幔不能容纳那么多的水 ， 那么水去哪里了？表面上 ， 董说：
这说明了水一定是在其他的地方 。 最可能的蓄水库就是地表 。
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由于橄榄石矿物从岩浆中结晶出来 ， 地幔的储存能力也开始随时间而增加 。
如论文中所述：
地球固体地幔的总储水能力受到长期冷却的影响 ， 这是由于其组成的矿物的储水能力依赖于温度 。 如今地幔的储水能力是现代海洋表面质量的1.86到4.41倍 。
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这到底意味着什么？
这表明在2.5至40亿年前的“太古宙”（Archean Eon）时期 ， 当时地球上的大部分水都在地表 ， 而地幔中的水很少 。 地球表面实际上完全被水覆盖 ， 根本没有陆地 。
这项新研究由哈佛大学的董俊杰(Junjie Dong)团队发表 。 图片来自哈佛大学 。
但是那些剩下的水分去哪了呢？很大部分是在地幔内部温度逐渐冷却、储存能力上升时渗入其中 。 这个过程一直持续到地表上的水量——包括所有海洋和湖泊中的水——下降到我们今天看到的程度 。 事实上根据最新研究 ， 水曾经覆盖几乎100%的地球表面 ， 现在仅覆盖了71%的区域 。
去年 ， 有研究表明：32亿年前的地球比现在所拥有的地表更少 。 那些发现建立在被保留下来的早期海洋地质学记录中大量氧分子同位素的基础上 。
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这些新的结果不仅提供了地球曾经是一个水世界的一瞥 ， 而且对我们太阳系中的其他水世界如木卫二、土卫二和其他海洋卫星也有影响 。 然而 ， 这些卫星与地球的不同之处在于 ， 它们的全球海洋都被冰层覆盖 。 在许多方面 ， 它们与地球两极被冰雪覆盖的海洋环境相似 。
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在我们的太阳系中 ， 已知有几颗这样的海洋卫星 。 甚至像谷神星和冥王星这样的矮行星也曾有过地下海洋 ， 现在可能还存在 。 随着数以千计的系外行星被发现 ， 估计仅在我们的银河系就有数十亿 ， 有多少颗卫星在那里？可能比我们现在能轻易计算的还要多 ， 如果我们的太阳系有任何迹象的话 ， 这些卫星中的许多也可能是海洋世界 。
其他证据也表明可能存在许多其他海洋世界（行星） ， 它们更像被水覆盖的地球 。 它们的适居性仍是未知的 ， 在我们有希望找到一个之前 ， 我们不会知道更多 。
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越来越多的证据表明 ， 我们的银河系中还存在其它水世界 ， 在我们自己的太阳系中也有一些 ， 比如木卫二（上图）、土卫二等卫星都有被冰壳覆盖的海洋世界 。 （图像由美国国家航空航天局、加州理工学院喷气推进实验室、地外文明研究所提供）
光是在我们银河系就存在数百万或更多包括行星和卫星在内的水世界这一想法令人兴奋 。 了解更多关于我们星球过去有水存在的情况有助于科学家们找到其中一些 ， 甚至可能发现外星水生生物存在的证据 。
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正如保罗·沃森（ Paul Voosen）在《科学》中所写的 ， 这也暗示了地球上生命是如何起源的 。 一些科学家认为是从海底营养丰富的热液喷口开始的 。 但是其他理论认为 ， 是陆地上经常蒸发的浅水池塘 ， 形成了浓缩的化学物质浴 。 全球海洋理论说明这两种情境都是有问题的 。 在海洋中所必需的生物分子可能已经被稀释了 ， 并且由于所有或者绝大部分的土地都被淹没在了水下 ， 浅水池也变得不太可能 。 慕尼黑路德维希马克西米利安大学(Ludwig Maximilian University of Munich)的生物化学家 ， 托马斯·卡瑞尔(Thomas Carell)提出了一种不同的可能性：包含水的海洋岩石口袋在海底火山中冲出了地表 。 他说：
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也许我们有一个小山洞 ， 在其中发生了这一切 。
结语：哈佛大学的新证据表明 ， 几十亿年前 ， 地球是一个真正的水世界 ， 完全被海洋所覆盖 ， 几乎没有可见的陆地 。
BY：Paul Scott Anderson
FY：Astronomical volunteer team
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