“水是生命的源泉?！彼自捳f得好,“人可以一日不吃飯，但不可一日不喝水”人類的生活離不開水，水是人類生活中不可缺少的重要資源。

(資料圖片僅供參考)

的確，從呱呱墜地的那一刻起，人類的生活就離不開水。日常生活需要飲用水、取水做飯、清洗身體，而社會各行各業(yè)的生產(chǎn)也和水資源的利用存在密切的關(guān)系。正因如此，水也被人們賦以美稱——生命之源。

（圖源：veer）

據(jù)統(tǒng)計，全球約有四分之三的面積覆蓋著水。所以從太空俯瞰地球，會覺得這顆星球“水汪汪”的，地球也因此被冠以“藍色星球”的別稱。那么，地球上如此豐富的水資源究竟是從何而來呢？

“生命之源”從哪來？

如果只用一句話回答水從何而來這一問題的話，應(yīng)該是——地球上的水來自火山噴發(fā)。

火山噴發(fā)（圖源：veer）

從化學成分上來看，水（H2O）只是由氫元素和氧元素組成的一種化學物質(zhì)。其中，氫很容易失去電子（具有還原性），氧則很容易獲得電子（也就是具有氧化性）。只要能遇到一起，這兩種元素就很容易結(jié)合形成水分子。

而巧合的是，全宇宙都不缺氫和氧這兩種元素，自然也就不缺水?，F(xiàn)在問題又來了，宇宙中的元素又是從何而生的呢？

從宇宙“大爆炸”聊起

談到元素的起源和分布，我們就不得不回到大約138億年前宇宙誕生的初期。

根據(jù)廣義相對論的推斷，在宇宙誕生時，所有宇宙的物質(zhì)和能量都集中在一個極小的空間內(nèi)，這個空間內(nèi)溫度、壓力和密度都極大，這個空間被稱為奇點。

隨后，宇宙開始以極快的速度膨脹，以我們?nèi)菀桌斫獾姆绞絹碚f，就好像是奇點突然爆炸開來，其空間無限擴大，所以這個過程又被科學家形象地稱為“大爆炸”。

宇宙的大爆炸模型（圖片來源：wikipedia）

這就是宇宙的起點。在大爆炸后的最早時刻，宇宙中的溫度依然極高，物質(zhì)密度也極高——但是這些物質(zhì)不是我們熟知的各種元素，而是一種由光子、輕子和夸克-膠子組成的熾熱、致密的等離子體。

很快，在大爆炸后10-4秒的時間尺度上，夸克和膠子已經(jīng)凝聚成了中子和質(zhì)子（單個的質(zhì)子就是氫元素核），輕子則變成了電子。到了大爆炸后的3分鐘左右，質(zhì)子和中子合成為氚（氫的一種同位素）、氦、鋰等元素，這使得早期宇宙的氣體中含有約75%的氫元素，25%的氦元素以及極少量的鋰元素，這些元素是后來形成的所有元素的基石。

在大爆炸后大約4億年開始，這些最初的元素匯聚成團，可能形成了宇宙中最早的恒星，這些恒星全部由氣體構(gòu)成，但是在恒星中開啟了新一輪的核合成。

核合成的過程簡而言之就是輕的元素會通過核聚變合成更重的元素，這有點類似曾經(jīng)火爆一時的2048小游戲：兩個1變成2，兩個2變成4，兩個4變成8……

超巨星中不同部位合成的元素分布（圖片來源：wikipedia）

宇宙中不同元素的來源（圖片來源：wikipedia）

這就導致一個結(jié)果，即在整個元素周期表中，原子序數(shù)越輕，這種元素就越多。目前對太陽系中的元素豐度（簡單理解就是元素的豐富程度）的研究已經(jīng)印證了這一點。

太陽中各元素豐度，可以看到，基本上就是原子序數(shù)越大豐度越小（縱坐標為對數(shù)坐標，差一個值就是一個數(shù)量級）（圖片來源：wikipedia）

所以從這種意義上來看，形成水的元素基礎(chǔ)是豐富的。

這些元素最初可能處于非常熾熱的狀態(tài)，以至于它們一直以氣態(tài)分子云的形式存在（也有理論說，可能是冷的分子云，但是我們沒必要糾結(jié)這些）。隨著降溫，氣態(tài)分子云開始形成各種液滴，液滴又形成固體小顆粒。

我們可以想象，水從水蒸氣到液態(tài)水再到冰的這個過程。所有元素都這樣，熱的時候是等離子態(tài)，隨著降溫逐漸轉(zhuǎn)化為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。這些混合了許多元素的分子云降溫后自然也是如此。

不過，由于分子云中元素混雜，所以會形成許多復雜的化合物，這些化合物中，大部分都是以礦物的形式存在，而氫元素和氧元素則以元素形式存在于礦物中。例如，我們非常熟悉的石英，其化學成分為二氧化硅，在其中就有氧元素的身影。很多其他的礦物中則會包含氫元素，如此一來，氫氧元素便以元素的形式分別賦存于礦物之中。

當然，也有時候它們以氫氧根的形式存在，以礦物的結(jié)合水的形式存在等等。總而言之，氫氧元素會以各種不同的面貌存在于礦物中。

行星們是怎么形成的呢？就是由氣態(tài)分子云降溫，形成小礦物顆粒，小礦物顆粒再繼續(xù)碰撞長大，形成星子，星子繼續(xù)碰撞，形成大的行星。我們的太陽系就是這么形成的。

太陽系起源的星云假說（圖片來源：NASA）

可以想見，這些行星的誕生過程必定極為壯觀。無數(shù)星子不斷撞擊在各大行星上，在讓它們越來越大的同時也讓撞擊點附近越來越熱，這些小星子攜帶的放射性物質(zhì)也因為熔融而匯聚在行星內(nèi)部，源源不斷為行星提供熱量，最后整個行星可能都成了一個完全的巖漿球。

行星圈層結(jié)構(gòu)的誕生

巖漿實際上是一種高溫的流體，原本被包裹在固態(tài)星子中的氫元素和氧元素就重新在巖漿中活動起來了，一部分就通過化學反應(yīng)合成了水蒸氣，并以氣泡的形式往外冒。

以類地行星為例，這些剛剛誕生的行星都是一個個巖漿球，而宇宙背景溫度是-270℃，所以它們很快就會降溫，最先冷卻下來的就是行星地表，這就形成了原始的殼，而更深處的降溫就慢了很多。

除了溫度之外，在重力作用下，密度大的物質(zhì)下沉，密度小的物質(zhì)上浮，于是就形成了我們?nèi)缃褚姷降母鞔笮行堑娜咏Y(jié)構(gòu)：冷卻固結(jié)的行星殼，地殼之下是緩慢流動（類似橡皮泥形態(tài)）的行星幔，最中心就是最熱（幾乎與太陽表面溫度相似）的鐵鎳質(zhì)行星核了。

從左到右分別為：水星、金星、地球、月球、火星，它們都有同樣的殼-幔-核結(jié)構(gòu)（圖/NASA）

有了這個知識背景，我們就可以理解水的來源，以及為什么水能夠在各大（巖質(zhì)）行星上普遍存在。

最早期的水，來自巖石行星冷卻時候巖漿中冒出的水蒸氣。在行星殼冷卻成為陸地之后，水蒸氣隨即冷凝變成雨水，然后又匯集于陸地表面形成地表水（地球、火星上都形成了大面積的海洋）。水星及金星的情況在此略過不講，但是我們也經(jīng)常從新聞中得知在其上發(fā)現(xiàn)了水的證據(jù)。

具體到地球的例子，我們都知道地球上存在許多火山，在遙遠的地質(zhì)歷史時期，火山更多，而火山噴發(fā)出來的白色或灰色煙柱中，至少有80%都是水蒸氣。它們源源不斷地噴發(fā)，也源源不斷地為地球帶來新的水分。

噴發(fā)中的火山源源不斷向地球注入新鮮的水分（圖片來源：wikipedia）

結(jié)語

關(guān)于地球上水的來源，一直以來都是眾說紛紜。但不可否認的是，無論是涓涓細流，還是錯落層疊的瀑布、浩浩湯湯的江河湖海，作為地球“心臟”的水，在這顆星球上，在漫長的時空中，它每時每刻滋養(yǎng)著大大小小的生命，潤物細無聲。（地星引力）

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