本文来自微信民众号：科学大院（ID： kexuedayuan），作者： 杨凡（中国科学院地质与地球物理研究所），题图来自：视觉中国

下面这段话估量人人都不生疏：

“如果把地球内部结构做个形象的比喻，它就像一个鸡蛋，地核（包罗内核和外核）就相当于蛋黄，地幔就相当于卵白，地壳就相当于蛋壳。”

图片泉源：中国科学院丈量与地球物理研究所

然则，如果说地球也像椰子一样，内里有许多“水”，你能明白么？

克日，发表于《自然·地球科学（nature geoscience）》的一项研究注释，地球的焦点可能包含了地球上大部门的水，比地表的海洋要多得多。（是不是更像个椰子！）

地球上的水从哪里来？

从“水石相激，山谷轰鸣”，到打开水龙头，源源不断的水哗啦啦地从手上流过，你是否想过，打从“盘古开天地”，地球上就有五大洋了吗？照样后期演化过程中“天生”的？

小知识：外源说，地球上的水来自地球之外的物质，如彗星、富含水的小行星、太阳风等。内源说，地球上的水起始于地球形成初期，在形成地球的原始太阳星云气体和灰尘等物质中就含有水，进而漫衍在地球各个圈层。

“蓝星”上的水从哪里来？“外源说”？“内源说”？照样两者的配合作用？这一系列问题的谜底制约着人类对于地球形成演化过程的认知，也限制着人类去探索定地球上生命系统的形成与演化。

科学家在这篇论文里以为，地球可能在其演化早期（45亿多年前）从富含氢（H）的太阳星云中获得了大量的水（H-O物质身分），随着后续的演化，部门氢-水（H-H₂O）物质可能和其他物质一起聚合于地核中，这也为地球的水起源于自身增添了一个强有力的证据。

震惊！地核中也有水？

地球深部的水并不是我们看到的地球表面液态、气态或固态的水，而是以水分子的形式存在的结构水，包罗OH^—、H 等与H有关的缺陷水，其载体可以是矿物、熔体和流体等（地球科学界之所以将种种含H相都泛称为“水”，是由于H一旦流动，在条件合适的时刻，就易于和地球上普遍存在的O连系成 H₂O）。例如，科学家通过对自然样品的剖析和高温高压实验的观察，注释地球深部的矿物含有主要以 OH 缺陷形式存在的结构水，也就是氢会跟矿物中的氧连系。

研究人员试图通过剖析氢（H）在高压和高温下的行为，模拟在地幔和地核界限的氢（H）和周围的物质会发生什么转变。

矿物的结构缺陷中水的形式（Libowitzky,1998）

通过研究，科学家发现，水在地核的形成条件下，具有很强的偏铁性。铁是地核的主要身分之一，偏铁性也就是更容易和含铁物质连系在一起，例如，实验注释，氢元素在地核中也可以以铁的氢化物(FeHx)形式稳固存在。

在当前的核幔界限条件下，氢气（H₂）和水（H₂O）更喜欢呆在地核中，而不是硅酸盐（Si_xO_y）熔体（地幔主要身分）。这意味着，任何保存在基性岩浆中的水都更倾向于分配到地核中。

图片泉源：作者提供

而且，任何通过俯冲作用（两个板片碰撞时，密度更大的会下沉到地幔中，促进地表和地下的物质交流）添加到地幔最深处的水，现在也有盘据进入地核的趋势，要么直接进入地核，要么与液态铁反映形成氧化铁，释放出氢气进入地核。

图片泉源：作者提供

由此，科学家得出：地核可能是一个伟大的水库，可能包含了地球的大部门水。这一发现也可以注释我们所丈量的地球外核地震波速率大幅度降低、S波速率突然降为零（S波是一种横波，不能在液体中流传，故此推测地球有一个液态外核）。

图片泉源：作者提供

地幔藏着个“隐形海洋”

此外，之前科学家在地幔也发现了大量结构水的存在。科学家研究发现在地幔转换带（地球内部410公里~660公里深处）可能存在着一个3倍于地表海洋总水量的“隐形海洋”。

在地幔各层圈中，过渡带和下地幔上部含水量最高，约莫占地幔总水量的74%以上，与海洋水对照，地幔总水量为海洋的14倍以上。差异的学者对地幔含水量估算的数值上有所差异，然则毫无疑问，地幔中蕴藏了厚实的水。

地幔各层圈主要含水量和总水量（图片泉源：谢鸿森，2005）

未解之谜：地球之水那边来？

为了确定水的泉源，我们常用氢的差异同位素比值（D/H值）来研究是否为统一泉源，差异源区的氢同位素组成差异较大。地球上富含厚实的水是毋庸置疑的，然则这些水的主要泉源，还不太确定。

差异源区水的 D/H 值（图片泉源：10000个科学难题·地球科学卷）

现在，在地球上水泉源的注释还无法协调所有的数据。一方面是由于现有数据与模子的不协调，如多种同位素系统之间的不匹配，种种模子中选择参数的不确定，化学模子与物理模子的不吻合；另一方面则是由于我们的观察手段还不能周全地追踪外太空更多潜在的水源。

再者，我们对太空中矿物相的转变及其同位素分馏机制也还没有准确的熟悉。因此，想要解决这个难题，还需要科研工作者不懈的起劲。

参考文献：

[1] Li, Y., Vočadlo, L., Sun, T. et al. The Earth’s core as a reservoir of water. Nat. Geosci. 13, 453–458 (2020). https://doi.org/10.1038/s41561-020-0578-1

[2] 谢鸿森,侯渭,周文戈.2005.地幔中水的存在形式和含水量.地学前缘,12(1): 55-60.

[3] Tschauner O, Huang S, Greenberg E, et al. Ice-VII inclusions in diamonds: Evidence for aqueous fluid in Earth's deep mantle. Science, 2018, 359(6380): 1136-1139.

[4] 10000个科学难题·地球科学卷《地球上水的泉源》

本文来自微信民众号：科学大院（ID： kexuedayuan），作者： 杨凡（中国科学院地质与地球物理研究所）