40多亿年，为什么地球上一直有水？

（原标题：Why is the Earth blue?）

作者 | 卡麦拉

出品 | 网易科技《知否》栏目组（公众号：tech_163） 

40多亿年以来，地球一直是蓝色的，因为它的表面分布着水。那么在这么长的时间里，液态水是如何稳定地存在在地球上的呢？

地球是迄今人类已知唯一表面存在永久液态水的星球，它既不太热也不太冷，如果说地球最初是红黑相间的颜色，那么它在40多亿年的时间里一直是蓝色的，除非气候变冷，使地球变成了一颗“白色雪球”。

这种令人难以置信的特征是由于地球水循环、板块构造、温室效应以及太阳系结构的相互作用。现今，地球表面平均温度大约15摄氏度，比金星平均温度465摄氏度低，比火星平均温度零下60摄氏度高，地球海平面之上的水冰点是零摄氏度，水沸点是100摄氏度。因此，地球表面温度保持在一个很大的温度范围内，但与其他行星相比，实际上是相对较小的温度范围，地球数十亿年以来一直如此。

温室气体发挥重要作用

地球表面平均温度取决于3个参数的相互作用，而这3个参数在不同行星之间可能会有很大的差异，这3个参数分别是：从太阳获取的能量；表面反照率，也就是它能反射多少太阳辐射；温室气体，它们能将太阳辐射“困”在地球大气，如果没有温室气体，地球表面温度将达到零下15摄氏度左右，可能没有液态水。

自从地球上第一个海洋出现以来，阳光、反照率和温室气体之间的相互作用就一直保持着稳定的能量平衡。在地球早期时，太阳并不明亮，地球获得的能量也比较少，然而，当时二氧化碳和甲烷等气体含量比现在高许多，这使得地球表面温度很高，水无法结冰，只能保持液体状态。

温室效应会随着时间推移而逐渐减弱，因为二氧化碳可以通过两个过程从地球大气中消除，第一个过程是溶解在地表水中的二氧化碳的酸化作用导致岩石溶解，从而释放出钙，钙与溶解的二氧化碳结合形成碳酸盐岩，例如：石灰石，这是主要的碳沉积之一。

第二个过程是碳沉积储存在沉积岩中的有机碳，陆地和海洋中的生物在光合作用中利用二氧化碳生成有机物，当这些有机生命死亡时，其中一部分会沉积在海底，它们将保存在沉积岩中，储存数百万年时间。

没有地球构造，就没有海洋；没有海洋，就没有地球构造

虽然碳沉积过程能诱捕地球大气中的二氧化碳，但火山活动、洋脊运动又将二氧化碳释放到大气层，这种输送是通过板块构造来维持的，在很长一段时间里，板块构造有助于维持地球表面温度，使地表水保持液态，因此，液态水的存在与板块构造密切相关，该反应是如何发生的呢？

海床是由海洋板块构成的，它们远离洋脊——即遍布地球的海底火山链，然后通过穿过俯冲带沉入地球深处，在洋脊穿越海洋数亿年时间里，海洋板块进行水化反应：它们的矿物质融入水，还改变了它们的力学性能。当海洋板块俯冲时，将最终会脱水，释放出来的水最终产生岩浆，形成花岗岩——陆地基岩，因此，没有液态水，就不会存在地球构造运动，更不会出现大洲！

由于之前的海洋板块被循环到地幔中，新的板块不断地从洋脊中喷发出来，当它通过地幔上升至海底时，就会冷却并释放二氧化碳，帮助维持温室气体的浓度，水仍然保持液态，地球仍是一颗蓝色的星球，就像几十亿年前一样。

从红黑色变成蓝色

长期以来，人们一直认为太阳系外富含水的天体将水带到了刚形成不久的地球，目前研究人员对该假设表示质疑，认为水(包括氢和氧)可能是由形成地球的岩石带来的。

45亿年前地球刚形成的时候，可能温度太高，地表水不可能是液态，不管怎样，如果地球曾经存在海洋，在44亿年前地球曾与一颗火星大小的行星体发生碰撞，当时高温下海洋肯定是蒸发消失的，这颗行星体融化了地球表面，并最终形成了现今的月球。

碰撞之后，地球表面逐渐冷却凝固，表面可能覆盖着黑色玄武岩，既没有生命，也没有水，冷却岩浆释放出氢、氧和碳等元素，其中还有水、二氧化碳或者甲烷等分子，因此地球第一个海洋是在撞击后不久快速形成，地球上最早的矿物质具有液态水合化学特征，因此蓝色地球的历史可能有44亿年。（卡麦拉）

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