理论教育 探索天然水:起源与形成的奥秘

探索天然水:起源与形成的奥秘

时间:2023-06-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:水是地球的一部分,水的发生和变化规律是地球历史起源和发展规律的一种表现,也就是说,水的起源与地球的起源密切相关。其中,水分子H2O是最稳定的。应当指出,岩石圈的全部物质一半是由硅组成。在讨论天然水的化学成分时,应当注意,淡水是岩石圈表面最罕见的水,它只占地表水的2%。

探索天然水:起源与形成的奥秘

水是地球的一部分,水的发生和变化规律是地球历史起源和发展规律的一种表现,也就是说,水的起源与地球的起源密切相关。关于地球的起源问题,至今在认识上还存在着很大的分歧。所以,水的起源也只是有一系列的假说。学者们对全球大洋水的来源有32种假说,这些假说归纳起来可分成两类:

第一类假说认为,在初始的物质中存在一种H2O分子的原始星云,类似于现在平均含水0.5%的陨石

第二类假说指出,在星云凝聚成初始行星,在地球形成后才有形成水的原始元素——氢和氧。地球的形成是在距今6亿年以前漫长的天文时期。在星际空间的各个部位,几乎均匀地弥散无数的气体与尘埃,它们是冷却的星际物质,呈围绕太阳旋转的近平面圆环,各自缓慢地运动。此后,在天文时期里,这些星际物质在运动过程中由于气体的摩擦和彼此间无弹性地碰撞,尘埃运动的速度逐渐变小,且沉降于星云的中心平面上,从而,在此生成尘埃密度相对较大的盘状星云。盘状星云密度逐渐加大,变成薄盘时,发生破裂并生成浓聚的尘团。这些浓聚尘团又进一步变密加实,融合成大量小天体,成群结队地飞旋于宇宙空间之中。科学家们已经查明,在现今的星际物质、宇宙线、银河系和太阳以及巨行星的化学成分中,氢元素(H)均占优势,氧(O)在某些星体的内部由于氢的“燃烧”所产生的物质(氮、碳)变异而成。在宇宙中,由于温度和压力值的变化范围很大,氢和氧可以在适宜的条件下化合,生成羟基(OH)。美国和澳大利亚的天文学家曾经在1963年发现,银河系核部具有强烈而广泛的OH吸收带,那里,羟基的浓度极大。在宇宙中,OH进一步经过复杂的变化,可以生成许多其他分子和离子,如H2O,H3O,H2O,H2O2等等。其中,水分子H2O是最稳定的。由此可见,在气体-尘埃云弥散物质聚集的过程中,完全可能捕获这种聚合水分子。在地球形成阶段,当温度升高,内部脱气时,物质分异组成地球圈层,氢、氧从地球中部运移到它的边缘的过程中,由于物理作用和化学作用才形成H2O分子。水流到年轻的地球表面,并与其他气体一起逸入大气圈。它的变化过程与现代火山喷发时所产生的事件相仿。当时,30亿年前的火山活动比现在强烈、普遍和频繁。

假设,水圈增长均匀地进行,据科学家粗略统计,它的增长速度约为0.6立方米/年。在研究中,有若干资料说明大洋面近1000年内上升了1.3米。最新资料指出,大洋面在近60年内(1900~1960年间)上升了12厘米。用这种速度推求出大洋面每1000年上升2米。如果取上述两者的平均值,每1000年则上升了1.65米。按照这样的速度计算,5亿年内将出现一个非常惊人的数字,大洋的厚度将增长83千米。根据推测,近代洋面的异常增长速度可能是多种因素综合作用的结果,这些因素与气候变暖,造成冰川消退,水温升高,以及与地球内部水的增加有关。

在地球内部,地表及大气圈都可以产生新的水分子,事实上也正在产生新的水分子,而地球内部在矿物脱水时亦分解出H2O分子。在一定温度条件下,由一氧化碳或二氧化碳与氢作用而合成水。例如在1000℃时,

4CO+2H2=2H2O+2C+CO2

或在炽热情况下,

CO2+H2=CO+H2O

地球表面和地球大气圈里的碳氢化合物燃烧时,也形成原生水,

CH4+2O2=CO2+2H2O(www.daowen.com)

比如,蜡烛、汽油、煤、陨石等燃烧时都会产生这一过程。

另外,“太阳风”把有重粒子(质子)的微粒带到大气圈里,而这些微粒在大气圈中与电子结合时便变成氢和氧的原子,并形成水。

根据荷兰的天文学家奥尔特的假设,认为地球水的主要来源是我们这颗行星的深层内部。地球内部是指岩石圈和上地幔。应当指出,岩石圈的全部物质一半是由硅组成。喷出岩和侵入岩平均含60%(40%~80%)的硅形成物,就是说,在我们研究的深度上硅酸盐占优势,而硅酸盐与水的相互作用是肯定的。

美国学者肯尼迪等人认为,岩石在熔化中完全混合时,含有硅酸盐75%,含水25%。这种现象与其说是硅酸盐在水中溶解,不如说是水在硅酸盐中溶解,水能够强烈地降低熔融体的黏滞性和熔化的温度。在此过程中,这种混合物能把大量硅酸盐从地球深部搬运到地表。美国学者的研究和威尔纳茨基地球化学的实验资料指出,熔融体中水的含量在压力为1.5×108帕、温度为10000℃时,纳长石中含水量占30%。

学者科尔任斯基认为,在上地幔的上层及中下层岩石圈里上升的溶液,可以从深部携带水、二氧化碳、碱金属、碱土金属和溶解于水中的其他成分。这是一种渗透过程,并与扩散作用形影相随。

在讨论天然水的化学成分时,应当注意,淡水是岩石圈表面最罕见的水,它只占地表水的2%。淡水中主要是重碳酸水,其次是硫酸水和氯化物水。岩石圈上层地下自由(重力)水总量的98%是矿化水、盐水和以氯化物为主的卤水(矿化度大于50克/升)。

近年,衣阿华大学物理学家路易斯·弗兰克提出:“地球上的海水是从空间落下无数黑雪球溶化而成的”,该论点曾经引起怀疑,但在美国召开的地球物理协会会议上,来自欧洲和加拿大的研究报告支持了这一论断。

弗兰克以“探索者1号”卫星在1981~1986年搜集到的数据作为理论根据,通过紫外线光谱研究地球周围的大气,发现了许多无法解释的穿过大气层的空洞。弗兰克经分析,否定了许多解释后,断定这些空洞只能是空间雪球造成的,这些雪球表面有一层黑色的碳氢化合物,每块质量有100吨,每年有1000万块下落地球,在接近地球时破碎,然后在大气中急骤蒸发成水蒸气。最后水蒸气凝结成水,落到地球上。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈