为什么地球可利用的水稀缺

地球上的水会被天然消耗，因为大气中氢、氧和水蒸气可能逃逸出地球，造成水以及形成水的元素的流失。但对于地球来说，这个流失的速率非常低，因此地球基本上保持了水分。不像火星和金星，基本上已经被吹干了。

但地球上的水是否能够被称为“不可再生资源”还值得商榷。这里我们得先了解地球上的水是从哪里来的？或者说，怎么来的？

上图：太阳系各大含水天体的表面海洋水量对比。实际上地球的水并不算多。

地球上的水怎么来的？

看看地球与附近其他岩石行星相比，最惹眼的差别就是水。那么，地球上70％的表面是如何被这种必不可少的生命成分所覆盖的呢？

实际上也是科学界激辩论的问题。

有两种流行的理论：

一种是地球形成时就有太初水，因为气体和尘埃星云（称为原初太阳星云）中将会有冰，最终形成太阳并在大约45亿年前形成地球。根据这种理论，这些太初水仍留在地球上，不仅仅以地表水的形式存在，而且还可能通过地球的地幔层进行循环。从这种理论来看，地球的水似乎是几乎不可再生的。
第二种理论认为，地球、金星、火星和水星与原始太阳星云的距离足够近，以至于它们中的大部分水都会被热量蒸发掉。这些行星在岩石中几乎没有水形成。以地球为例，当形成月球在某行星与原始地球碰撞发生时，会导致更多的水蒸发到太空。在这种情况下，海洋不是由天然形成的，而是由富含冰的小行星（称为碳质球粒陨石）提供的。但从这种理论来看，陨石是常有的，那么地球上的水可以随时从小行星当中获得，虽然量不大，但“收入”还是有的。

科学家可以通过观察自然界中存在的两种氢同位素或具有不同中子数量的氢同位素的比率来跟踪地球水的起源。一种是普通氢，其原子核中只有一个质子，另一种是氘，也称为“重”氢，它具有一个质子和一个中子。

地球海洋中氘与氢的比率似乎与小行星非常接近，小行星通常富含水和其他元素，例如碳和氮，而彗星不同。（小行星是绕太阳运行的小型岩石体，而彗星则主要由冰构成，有时被称为脏雪球，它们释放出气体和灰尘，被认为是太阳系形成过程中的残余物。

上图：陨石EET 83309包含蛋白石的微小碎片，这些蛋白石需要水才能形成。在此反向散射电子图像中，一个狭窄的蛋白石边缘围绕着明亮的金属矿物包裹体。

科学家们还发现了陨石中的蛋白石，这些蛋白石起源于小行星（它们很可能是从小行星上脱落的碎片）。由于蛋白石需要水才能形成，因此这一发现是水从太空岩石中流出的另一个迹象。上述两个证据将有利于水的小行星的起源。另外，氘在太阳能系统中的聚集分布的位置往往比氢更远，因此在太阳系外部区域形成的水往往富含氘。

最重要的是，与木星、土星、天王星和海王星的冰卫星，甚至是与太阳系的那些大型气体行星相比，行星内部岩石所容纳的水（相对于其质量）相对较少。这个事实支持这样的想法，即太阳系内圈系统中的水蒸发了，而外圈系统中的水没有蒸发。地球也是如此，但如果水在地球上蒸发了，则必须从默写其他地方进行补充，否则地球就会被太阳风“吹干”。小行星就是可靠的“水源”。并且事实表明富含水的小行星在系统的外围很丰富。

更多支持证据来自于2007年发射的NASA DAWN航天器，它在谷神星和灶神星上发现了水的迹象，谷神星和灶神星是位于火星和木星之间的主要小行星带中的两个最大的天体。

上图：这张来自美国国家航空航天局（NASA）的“黎明”探测器的谷神星的伪彩色图像突出显示了整个矮行星表面物质的差异。

我们的地球是依靠小行星来灌溉的吗？如果是这样，那么在过去的数十亿年中，海洋中的同位素比率必须保持不变。

但情况不是这样的？

英国格拉斯哥大学的行星科学家Lydia Hallis认为，地球早期存在的氢比现在少。氢同位素的比率发生了变化，因为在地球的早期历史中，来自太阳的辐射加热了氢和氘。氢更轻，更可能飞到外太空，留下更多的氘。

另外，在最近几年中，更新的模型似乎表明地球形成时会保留大量的水，而且海洋存在的时间可能比任何人想象的都要长。

哈利斯和她的同事研究了加拿大古代岩石（地球上一些最古老的岩石）中的氢同位素比。同位素比看起来不像小行星，而更像人们希望从该地区的早期太阳星云中获得的水——这些最古老的岩石中的普通氢更多，氘更少。但是目前我们的海洋中氢氘比例看起来更像是小行星。这似乎表明最近几十亿年发生了一些变化。该研究于2015年发表在《科学》杂志上。

如果地球的海洋是由我们自己星球上的水而不是小行星形成的，那么这将为行星科学家解决一些问题。

为什么地球似乎首先拥有这么多的水。
为什么一旦地球具有固体表面，生命就这么快地出现了，而众所周知生命是需要水的。

除了Hallis的工作外，其他科学家还研究了如何内部水是如何循环的。2014年，俄亥俄州立大学地球科学副教授温迪·潘内罗（Wendy Panero）和博士生杰夫·皮格特（Jeff Pigott）提出了一种理论，即地球的水循环是由内部的水（地幔岩石中的水）和地表水构成的整个系统构成的。通过板块构造，水一直在供给我们的海洋。他们研究了石榴石，发现它可以与另一种称为林伍德岩的矿物一起发生作用，将水输送到地球内部，这些水随后会随着地幔物质的循环而上升。