生命是宇宙中的奇迹，迄今為止，我們從未在地球之外發現任何可以确定的生命痕迹，而水是地球上所有已知生命都不可或缺的物質基礎，因此水也被稱為“生命之源”。

研究表明，早在40多億年前，水就在地球上大量存在了。那麼問題就來了：地球的水用了40多億年，變少了嗎？對這個問題，科學界也是非常感興趣的，實際上，在過去的研究工作中，科學家已經在一塊石頭上找到答案，具體是怎麼回事呢？且看下文分解。

首先要講的是，地球并不是一個完全封閉的系統，除此之外，地球的引力也不是想象中的那麼強大，在地球的大氣層中，盡管地球可以憑借引力束縛住像氧、氮這樣的較重元素，也可以束縛住水分子，但對于大氣層中的像氫、氦這樣的非常輕的元素，地球的引力就無法對其形成有效的束縛。

我們都知道，水分子其實就是由氫和氧通過共價鍵結合而成的，所以假如有某種機制能夠将水分子分解成氫和氧，就很可能會出現“氫逃逸、氧留下”這樣的情況，而如果這種情況真的發生了，那就意味着地球上的水變少了。

這樣的機制在地球上是存在的，比如說太陽光中的短波輻射就可以破壞掉水分子内部的共價鍵，從而将其分解成氫和氧，這也被稱為“光解”。

實際上，當地球大氣層中的水蒸氣擴散到高層大氣時，就可能被太陽光“光解”成氫和氧，在此之後，氫就可能會因為密度較小而不斷上升，最終從大氣頂層逃逸。

需要指出的是，在地球引力的作用下，大氣層中的絕大部分水蒸氣都不會擴散到高層大氣，根據科學家的計算，每年大概隻有9.5萬噸的氫從地球的大氣頂層逃逸。

這種數量與地球上的水量比起來，可以說是微乎其微，也就是說，地球上的水因為這種原因而出現的損失并不多，另一方面，地球在宇宙空間中運行時，會捕獲到一些遊離氫，同時還有一些小天體（如彗星）還會給地球帶來一些水，這足以彌補地球上因為“光解”而損失的水，所以地球還是可以做到動态的“收支平衡”的。

然而地球上的水還可能因為另外的機制而變少，例如當海洋中的海水通過海底岩石的縫隙滲入地下深處的時候，就可能會與高溫岩漿以及其中的結晶基岩發生一系列的反應，進而将水分子分解成氫和氧，科學家将其稱為“産甲烷過程”（Methanogenesis），如下圖所示。

需要注意的是，上圖所示的隻是“産甲烷過程”的淨效應，其具體過程需要涉及專業的地球化學知識，這裡我們就不展開了。簡單來講就是，這一系列反應能夠把海水中的一部分水分子分解成氫氣和氧氣，這些氣體會上升到海洋表面，然後進入地球大氣層。

現代地球的大氣層中氧含量非常豐富，因此這些氫氣中的絕大部分都會在低層的大氣中就被重新氧化成水，而不會從地球的大氣頂層逃逸，然而地球大氣層并不是一直都是像現在這樣充滿氧氣的，實際上，在大約26億年前的“大氧化事件”發生之前，地球大氣層中的氧氣含量非常低，以至于可以忽略不計。

也就是說，在地球大氣中還沒有足夠多的氧氣之前，那些通過“産甲烷過程”産生的氫氣就會大量地從地球的大氣頂層逃逸，而地球上的水也會因此而變少。

氫元素有三種同位素，能穩定存在的隻有“氕”和“氘”，科學家發現，在上述的“産甲烷過程”中，“氕”的效率要比“氘”高得多，這就意味着，那些通過“産甲烷過程”而逃逸的氫氣中的“氕”比“氘”更多，而随着這個過程的持續，海洋中的“氕”和“氘”的比例就會出現變化。

在此基礎上，我們隻需要知道40多億年前地球海洋中的“氕”和“氘”的比例，再利用相關理論建立起模型，并将其與現代地球海洋的“氕”和“氘”的比例進行對比和分析，就可以知道地球在過去失去了多少氫，進而計算出地球上的水在過去變少了多少（畢竟地球上絕大部分的水都在海洋裡）。

看到這裡，相信大家已經猜到了前文提到的“科學家在一塊石頭上找到答案”是什麼意思了，是的，科學家就是在一塊石頭上找到了遠古地球海洋中的“氕”和“氘”的比例。

這塊石頭發現于格陵蘭島西部的地質層中，根據測定，這是一塊形成于大約40億年前的蛇紋石，這種石頭通常形成于海底、洋中脊以及俯沖帶，當地殼與通過海底縫隙循環的高溫海水接觸時，就可能會形成蛇紋石，由于在蛇紋石的形成過程中會吸收大量的水，海水中的“氕”和“氘”的比例就會長久地保存下來。

通過對這塊石頭的研究，科學家得出的結論是，與早期地球相比，現代地球海洋的體積變小了大約26%，換句話來講就是，地球上的水少了差不多4分之1。

（圖為這塊石頭在顯微鏡下的樣子）

不得不說，這是一個令人吃驚的答案，不過我們也不必擔心現代地球上的水會繼續大量變少。

正如前文所言，現代地球的大氣層早已充滿了氧氣，而這也就意味着，在現代地球上，那些通過“産甲烷過程”産生的氫氣基本上都會在低層的大氣中就被氧化成水，并不會從地球的大氣頂層逃逸。

退一步講，即使逃逸了極少的一部分，地球上的水也因此而變少了一點，那這些水也比地球上因為“光解”而損失的水少得多，完全可以通過宇宙空間中的遊離氫以及富含水的小天體來得到補充，從而在整體上維持一個動态的平衡。

參考資料：

Emily C. Pope, Dennis K. Bird, and Minik T. Rosing. Isotope composition and volume of Earth's early oceans. DOI: 10.1073/pnas.1115705109

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