大約40億年前,地球經歷了一場持續千萬年的“超級大雨”,將荒涼的巖石星球變成藍色海洋的搖籃,這場雨不僅塑造了地球的模樣,還為生命誕生鋪平道路。
海洋從何而來?
是天降甘霖,還是地球內部的秘密?
46億年前,地球形成時是一團熔巖球,表面溫度超2000℃,大氣充滿二氧化碳、甲烷和水蒸氣,約40億年前地球冷卻至100-200℃,仍無液態水,巖石表面被隕石轟炸,宛如地獄,這段時間稱為冥古宙末期至太古代初期,是海洋形成的起點。
2023年《自然-地球科學》研究表明,地球冷卻后,進入“晚期重轟炸期”,彗星和小行星頻繁撞擊,帶來水和有機物,這為“千萬年之雨”埋下伏筆。
約40億年前,地球表面溫度降至100℃以下,水蒸氣開始凝結,形成厚重的云層,引發持續千萬年的全球性降雨,這場雨被地質學家稱為“原始降雨”,時間跨度從數百萬到千萬年不等,2020年研究估算,這場雨的強度遠超現代暴雨,全球降水量可能達每天數毫米,累積形成數百米深的原始海洋。
但是這場雨為何如此持久?
首先是大氣飽和,早期地球大氣富含水蒸氣(占10-20%),來自火山噴發和彗星撞擊。水蒸氣遇冷卻表面凝結,雨水不斷循環,并且太古代火山頻繁,釋放二氧化碳和硫化物,形成酸雨,加速水汽凝結,火山灰提供凝結核,最重要的是40億年前,地球無大陸,僅有零星火山島,雨水直接匯入低洼盆地,形成全球海洋。
目前認為海洋有兩個源頭,外源(彗星與小行星)和內源(地球內部),彗星含30-80%冰,小行星含5-10%水,晚期重轟炸期,約1021公斤彗星和小行星撞擊地球,帶來相當于現代海洋的水量,2022年《自然-天文學》分析南非Murchison隕石,發現其水分子(H?O)與地球海洋的同位素比(D/H,氘/氫)相近,支持外源說。
地球形成時,原始地幔捕獲了大量水,儲于礦物(如橄欖石)中,火山噴發釋放這些水,占海洋的30-50%,2019年《地球物理研究雜志》發現,地幔至今含水量相當于2-3個海洋,40億年前釋放的水足以填滿早期海洋,火山噴發的水蒸氣冷卻后,化為降雨,匯入海洋。
綜合證據,海洋水源約50%外源,50%內源。彗星帶來“種子水”,地幔提供“持續水”,千萬年降雨將兩者融合,填滿地表低洼。
但是40億年前的海洋與今日大不同,首先是溫度50-80℃,含硫酸和鹽酸(火山酸雨),pH約4-5,類似醋,并且由于地球還沒有大陸,海洋覆蓋90%地表,平均深度數百米,最深處數公里。
2024年《科學進展》研究在格陵蘭38億年巖石(Isua綠巖帶)發現水成沉積物,含碳酸鹽和硅酸鹽,證明早期海洋已存在并與巖石交互,可能孕育單細胞生命。
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