点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:地球的水从哪里来?答案可能在新发现的两种化合物中
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

地球的水从哪里来?答案可能在新发现的两种化合物中

来源:科技日报2022-01-27 10:12

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  “地球的水从何而来”是一个由来已久的谜题,解开这个谜对于理解生命如何出现以及地球内部动力学如何随时间演化至关重要。

  日前,南开大学物理科学学院博士李含飞、副教授董校及其合作者发现两种新的水合硅酸镁(Mg2SiO5H2)结构,可以作为地球早期水的储存介质存在。在核幔分离之后,其释放出大量的水。这为早期地球上海洋的起源提供了新思路。相关论文1月21日发表在物理学期刊《物理评论快报》上。

  关于水的起源有两种观点

  目前,关于水的起源有两个观点:一是“地狱起源说”,认为水来自地球深处,即地球在吸积期获得了大量的水,并储藏于地球内部;二是“天堂起源说”,认为在地球形成后,富水陨石轰炸提供了大量的水。

  最近,越来越多的证据支持第一种假设。氘与氢的比例被认为是水起源的指纹,一个发现指出,地球深部地幔的氘氢比很低,接近早期地球的基本组件顽辉石球粒陨石和原始太阳星云,远低于彗星等太阳系外围物质。这给地球内部的水可能直接来自原太阳星云的观点提供了有力证据。

  董校解释:“氘氢比被认为是水起源的标识,随着太阳的‘点燃’和而后的太阳风作用,太阳系外围氘氢比和原始太阳星云是不同的。地球的氘氢比与原始太阳星云一样,而与外围氘氢比不同,这成为地球水不是‘天外来客’的有力证据。”

  然而,这一假说存在相当大的问题。与其他行星材料如铁、硅酸盐相比,水的熔点和沸点要低得多,因此在新生地球数千度的炙热表面,水会被蒸发到太空中。由此可见,水只能存在于新生地球的内部深处,并在新生地球演化到一定程度时被释放出来。然而这一过程中的物质存储形式尚不明确。

  发现稳定存在的含水新矿物

  董校长期从事极端条件下新奇物质的设计及物性预测的研究。通过第一性原理计算和结构预测方法,其发现在数百万大气压的条件下出现两种未被发现的新的稳定水合硅酸镁结构,并将它们命名为α相和β相。其中,α相稳定的压力区间为262—338吉帕,β相的稳定区间在338吉帕以上。而如今核幔分界处的压力为136吉帕,地球中心的压力为364吉帕。α相和β相结构的主要区别为镁离子周围具有不同的氧原子数。

  第一性原理计算表明,在压力为300吉帕时,水合硅酸镁具有非常高的密度和极高的含水量。含有重量百分含量在11.4%的水,高于大多数其他报道的氢氧矿物的含水量。

  “理论计算表明,这种水合硅酸镁耐热性远好于其他含水矿物,即使在8000开尔文高温下,也没有分解或融化的迹象。”董校说。

  在早期地球内部,因为核幔尚未分离,硅酸盐和过量的氧化镁可能深入地球内部深处,从而承受远比现今高的压力,比如在压强高于262吉帕的情况下,其就可以以水合硅酸镁的形式储存水分。

  计算表明,理想状态下早期地球内部以水合硅酸镁的形式最多可以储存8倍于现今海洋质量的水。

  随着核幔分离的进行,铁质核区逐渐长大,从而将硅酸盐抬高并降低其所受压力,迫使水合硅酸镁分解释放水分。而释放出的水分通过复杂的地球物理和化学过程到达地表。此时,地表已经足够冷却,能够保证液态水的存在,形成原始海洋。

  而水合硅酸镁的分解产物,硅酸镁和氧化镁被留在下地幔,至今仍发挥着重要作用。

  “水合硅酸镁的发现对于人类认识其他类地行星,尤其是超级地球中的物质循环也具有重要意义。”董校表示,这项研究填补了含水硅酸盐体系在数百吉帕压力下物质存在形式的空白,开拓了早期地球水和轻元素循环的新视角,加深了人们对核幔分离过程中物质存在和循环过程的理解。

  董校的文章吸引了很多科研工作者的兴趣。法国天文学家特里斯坦-吉尔洛特(Tristan Guillot)评价其为具有潜在应用价值的创新,瑞士的行星科学家拉维特·哈立德(Ravit Helled)则评论说“水的起源是关乎我们行星形成的重要开放性问题之一,我们至今仍并不确定现在地球深处到底有多少水;如果像董校及其合作者预言的那样地球的核区在早期地球中能够充当水的载体,那么在其他类地行星中,也会有相似的水储存过程,并影响他们的演化”。

  陈 曦

[ 责编:涂子怡 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • “万里千年”敦煌石窟考古特展在武汉举行

  • 江苏盱眙小龙虾开捕

独家策划

推荐阅读
记者5月18日获悉,基于“嫦娥四号”获取的可透视月壤内部状态的月面雷达数据,深圳大学深空与深地学科交叉研究团队等研究人员首次发现,月球表面年龄与月壤内部非均匀性呈正相关。
2022-05-19 09:52
18日,全球首艘智能型无人系统母船“珠海云”在广州下水。未来,“珠海云”的投入使用将对改变传统海洋观测模式,获取实时立体海洋观测数据,提升海洋观测效率和水平具有重要意义,也将有助于海洋高端科技人才培养并进一步提升海洋科技创新能力。
2022-05-19 09:19
近日,以中国科学院院士沈树忠为首的科研团队完成的二叠系瓜达鲁普统卡匹敦阶(Capitanian)底界全球标准层型剖面和点位(俗称“金钉子”)研究成果,在国际地质科学联合会的官方刊物Episodes在线发表。
2022-05-19 09:19
5月18日,中国卫星导航定位协会在北京发布《2022中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》。 此外,搭载国产北斗高精度定位芯片的北斗高精度共享单车投放已突破500万辆,全面覆盖全国450余座城市。
2022-05-19 09:18
这穿越天地间的“令”和“行”,都要靠航天测控系统来支撑,而整个过程就像“打电话”。 作为航天测控通信系统总体研制单位,中国电科牵头研制了喀什、佳木斯以及南美地区等地的系列深空测控站。
2022-05-19 09:04
近日,山东农业大学大四学生不断收到研究生录取信息,农学院、植保学院等传统农科学院更是几十个宿舍集体“上岸”。 培养学生的创新能力,提高学生的实践水平,让每个学生都找到适合自己的成才之路,是山东农大学生培养的不懈追求。
2022-05-18 13:46
“我国信息通信业已经成为国民经济的战略性、基础性、先导性行业,在从小到大的基础上,迎来由大向强的跃升。 统计表明,我国光纤用户占比由2012年的不到10%提升至2021年的94.3%,固定宽带由百兆迈向千兆跨越升级。
2022-05-18 13:45
今年以来,全球不明病因儿童肝炎病例异常增多,目前全球已报告至少460例这种病例,其中12例死亡,一些病例接受了肝移植。 尽管如此,科研人员认为现有证据尚不足以将腺病毒“定罪”为这种肝炎致病“元凶”。
2022-05-18 13:44
在5月17日召开的上海市新冠肺炎疫情防控新闻发布会上,上海市卫健委负责人透露,目前,全市16个区都已实现社会面清零。据披露,目前北京市接连发生聚集性疫情和连续筛查发现社会面隐匿病例传播,已进一步压实防控责任。
2022-05-18 13:44
在防控新冠肺炎疫情过程中,我国一直把重症医学作为一个重要学科,纳入患者救治的全程管理。
2022-05-18 09:57
“生活中,绝大部分误食中毒致死案例是由鹅膏属真菌引发的,其毒素为鹅膏环肽,但鹅膏环肽毒素并非鹅膏属真菌独有。”罗宏说,鹅膏属真菌是其中的佼佼者,其鹅膏环肽毒素生源合成途径产生了众多创新,产毒能力巨幅提升,成为了当之无愧的“最毒蘑菇”。
2022-05-18 09:51
记者17日获悉,中科院地质与地球物理研究所的学者与瑞典于默奥大学、美国密歇根大学、普林斯顿大学等机构的学者合作首次发现,水星空间环境中存在着东向环电流。
2022-05-18 09:48
5·18国际博物馆日:读懂这所“大学校”的力量 新疆维吾尔自治区文博院副院长于志勇说,“流动博物馆”还将继续走进校园,走近偏远地区群众身边,将“历史课堂”开在全疆各地。
2022-05-18 09:45
记者从黑龙江省农作物种质资源保存利用中心了解到,我国唯一的寒地作物种质资源库——黑龙江寒地作物种质资源库,近日完成了改扩建工程,种质资源保存容量从8万份提升到20万份,保存能力大大提升。
2022-05-18 09:44
今年4月18日,我国首个国家植物园在北京揭牌成立,到今天“满月”。国家植物园成立后,中国科学院植物研究所植物标本馆标本的种类及数量将不断丰富和增加,为国家植物园可持续发展提供重要支撑。
2022-05-18 09:31
上海逐步过渡到常态化防控后,日常生产生活将逐步恢复。
2022-05-17 11:15
5月17日,由中国航空工业集团有限公司自主研制的大型多用途民用直升机“吉祥鸟”AC313A在江西景德镇吕蒙机场成功首飞
2022-05-17 11:18
近日,由中海油研究总院(以下简称研究总院)自主研究设计的全球首个超稠油热采油田——旅大5—2北油田一期顺利投产。
2022-05-17 10:36
2021年5月15日,当天问一号着陆器成功着陆火星时,李茂登的眼眶湿润了。
2022-05-17 10:17
新药研发是制药企业增强自身实力、抢占市场先机的“金钥匙”,也是满足人民健康需要的根本保障。近年来,国家出台的一系列关于药品审评审批的政策,激发了企业创新活力。
2022-05-17 10:07
加载更多