這幅圖中的白色虛線顯示了內太陽系和外太陽系之間的邊界，小行星帶大致位于火星和木星之間 。圖像頂部附近的氣泡顯示水分子附著在巖石碎片上，表明這種物體可能將水帶到了地球 。Credit: Jack Cook/Woods Hole Oceanographic Institution
據美國物理學家組織網（by University of Maryland）：水占地球表面的71%，但是沒有人知道如此大量的水是如何或何時到達地球的 。
發表在《自然》雜志上的一項新研究讓科學家們離回答這個問題更近了一步 。在馬里蘭大學地質學助理教授Megan Newcombe的帶領下，研究人員分析了自45億年前太陽系形成以來一直漂浮在太空中的熔化隕石 。他們發現這些隕石的含水量極低——事實上，它們是有史以來測量到的最干燥的外星物質之一 。
這些結果讓研究人員排除了它們是地球水的主要來源，可能對在其他星球上尋找水和生命具有重要意義 。它還幫助研究人員了解使地球成為宜居星球的不太可能的條件 。
“我們想了解我們的星球是如何設法獲得水的，因為這不是完全顯而易見的 ， ”紐科姆說 。“在一個相對靠近太陽的小行星上獲得水和表面海洋是一個挑戰 。”
這組研究人員分析了七塊熔化的隕石，或稱無球粒隕石，這些隕石在至少五顆星子分裂數十億年后墜入地球，這些星子是我們太陽系中形成行星的物體 。在一個被稱為熔化的過程中，這些星子中的許多被早期太陽系歷史中放射性元素的衰變加熱，導致它們分成具有地殼、地幔和地核的層 。
因為這些隕石是最近才落到地球上的，這個實驗是第一次有人測量它們的揮發物 。UMD地質學研究生Liam Peterson使用電子微探針測量了它們的鎂、鐵、鈣和硅的水平，然后與Newcombe一起在卡耐基科學研究所的地球和行星實驗室使用二次離子質譜儀器測量它們的含水量 。
“分析極度干燥材料中的水的挑戰在于，樣品表面或測量儀器內部的任何地表水都很容易被檢測到，從而污染結果，”該研究的合著者、卡內基科學研究所的科學家科內爾·亞歷山大說 。
為了減少污染，研究人員首先在低溫真空爐中烘烤他們的樣品，以去除任何表面水分 。在樣品可以在二次離子質譜儀中分析之前，樣品必須再次干燥 。
紐科姆說:“我不得不把樣本放在渦輪泵下——一個真正高質量的真空——一個多月，以抽取足夠的地下水 。”
他們的一些隕石樣本來自內太陽系，地球位于內太陽系，那里的條件通常被認為是溫暖和干燥的 。其他更罕見的樣本來自我們行星系統更冷、更冰的外部區域 。雖然人們普遍認為水是從外太陽系來到地球的，但還沒有確定是什么類型的物體將水帶到了太陽系 。
“我們知道許多太陽系外的物體是不同的 ， 但這有點含蓄地假設，因為它們來自太陽系外，它們肯定也含有大量的水，”伍茲霍爾海洋研究所的研究合著者兼地質學家蘇恩·尼爾森說 。“我們的論文顯示情況絕對不是這樣 。隕石一融化 ， 水就沒了 。”
在分析了無球粒隕石樣本后，研究人員發現水不到其質量的百萬分之二 。相比之下，最潮濕的隕石——一種稱為碳質球粒隕石的隕石——含有約20%重量的水，比紐科姆和她的合著者研究的隕石樣本多10萬倍 。
這意味著星子的加熱和融化導致了幾乎全部的水分流失 ， 不管這些星子起源于太陽系的哪里，也不管它們一開始有多少水 。紐科姆和她的合著者發現 ， 與普遍的看法相反，并非所有太陽系外的物體都富含水 。這使他們得出結論，水很可能是通過未熔化的隕石或球粒隕石運送到地球的 。
紐科姆說他們的發現在地質學之外還有應用 。許多學科的科學家——尤其是系外行星研究人員——都對地球水的起源感興趣 ， 因為它與生命有著深刻的聯系 。
“水被認為是生命能夠蓬勃發展的一個因素，所以當我們放眼宇宙并找到所有這些系外行星時，我們開始研究這些行星系統中的哪些可能是生命的潛在宿主，”紐科姆說 。“為了能夠了解這些其他的太陽系，我們想了解我們自己的 。”
研究論文“早期形成的星子的脫氣限制了水向地球的輸送” ， 于2023年3月15日發表在《自然》雜志上 。

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