地球可以自给自足。
地球上的生命依赖水的存在,但尽管水涵盖地球表面大约70%,科学家从未真正确定水都从哪里来。
虽然普遍的看法是,冰冷的小行星或彗星在数十亿年前以壮观的碰撞可能为地球带来了水,填满了海洋。但一项新研究显示,地球的内部区域一直都有制水所需的原料,隐藏在地下深处。
根据新的电脑模拟,发生在地幔上层的化学反应,就在地壳正下方,可以在适当(解读为:极端)条件下,从头开始产生水。
来自加拿大萨斯科其万大学(University of Saskatchewan)的物理学家John Tse告诉新科学人杂志(New Scientist):“这是水能够在地球形成的一种方式。”
“我们认为在地球的自然环境中形成水是有可能的,而不是来自于地球以外。”
有可能的理由是因为石英,一种硅土(也称为二氧化硅)常见的形状,大量遍及于地壳和地幔。
石英实际上是非常稳定的。但在地幔上层,从地壳向下延伸到大约410公里(250英里)的深度,足够的热量和压力能够诱使石英发生化学反应。
具体来说,模拟显示一旦深入到地幔上层,到达摄氏1,400度(华氏2,552度)和大于2万倍大气压力,石英会与液态氢反应,产生硅烷(silicon hydride)和…液态水。
Tse告诉在新科学人杂志的安迪‧寇格蓝(Andy Coghlan):“只要能够持续供应氢,就可以推测这个过程形成的水,可能是地球早期积水期间其中的一个水的来源。”
回溯到2014年,虽然一个日本科学家团队在实验室进行这个过程的实验,但是Tse的团队提出自己一些惊人的研究成果。
当他们模拟这个反应时,液体水没有以科学家所期待的方式形成:是在石英晶体内产生,而不是在预期的表面上产生。
Tse说:“我们建立一个非常接近[日本]实验条件的电脑模拟,然后模拟反应的过程。”
“氢液体扩散通过石英层,但最后不在石英表面上形成水,而是在大部分的石英内,我们分析被困住的水的密度和结构,然后发现它是高度被加压的。
因为一旦形成,水就无法从石英逃脱。这个受困的水,研究小组估计是低于20万大气压力,可能会在地下造成强烈意想不到的地震活动。
Tse说:“我们观察到水处于高压状态,这可能会导致诱发地震的可能性。”
“然而,需要进一步的研究,来量化触发深层地震所需的释放水量。”
虽然基于反应的地震现在依然是假设,但这项研究成果可以为地质学家提供一个新的提示,来解释不符合一般类型的强大震动,并有助于了解更多有关地幔内的活动。
发生在地壳深处的地震:由地壳和上层地幔所组成的地层,在过去困扰着地质学家;而石英反应可能有助于解释这些震动。
没有参与这项研究的英国地质调查局(British Geological Survey)执行董事约翰‧陆登(John Ludden)说:“超压水的形成和释放,可能是地壳深层的超深度地震重要的触发。有时就位在地壳以下,以及在深层大陆板块较更坚硬的部分。”。
但尽管这些研究人员声称他们的研究成果“对于地球水源的基本地球科学问题是有含意的”,陆登表示,直到我们了解更多有关这些石英反应实际产生的水量之前,它可能只是很小的量。
所以这意味着目前的冰彗星假说仍然是所知地球生命最可能的解释,直到未来的研究可以对这个持续发展的谜,给我们一个更清楚的答案。
陆登说:“假设大部分的水是这样来的,我认为这是合理的。”
这项研究成果报导于地球和行星科学通讯(Earth and Planetary Science Letters)。