水有重力且无孔不入,为什么没有全部渗入地球内部,而仅仅在地球表面循环?
水是生活中最常见的物质,在我们的印象中,地下室即使是水泥浇筑也是一个阴暗潮湿的世界,只要有一丝缝隙,汩汩的水流就会渗透而入,但地球并不密封,存在太多的裂缝和空隙,为什么地球上那么多水,没有在重力的作用下渗入到地球内部呢?
水是怎么来的?太阳系中有水的星球上,水都在表面吗?
水是地球上最神奇的物质,要是地球上没有水,生命根本就不会产生,地球就会像火星一样是个不毛之地!那么地球上那么多水是哪里来的呢?科学家提出了几个有趣的说法,各位看看哪种最有可能!
第一种:当然是随地球诞生了,地球在形成行星的过程中,水也是其中一部分,等地球形成后,水也就自然的在表面了,而地球处在太阳系的宜居带内,温度适宜,也就有了液态水的存在!
第二种:太阳风带来的,太阳的能量来自于内核的聚变,巨大的能量让太阳变成了一个高温等离子球体,粒子运动速度极高,在太阳大气顶端的大量粒子在磁场以及热辐射压力,以及日冕层抛射机制作用下到达宇宙空间,当然有很大一部分到达地球,这些高能粒子就是质子,也就是氢原子,和氧结合就成了水!
第三种:地球的水来自彗星,法国几位科学家提出了一个理论,认为木星形成时并不在现在轨道上,但因为提丢斯定则,木星的轨道不那么稳定,因此会慢慢移动到它应该在的轨道,因此它的异动造成了柯伊伯带的彗星大量进入内行星轨道,这些彗星被地球引力所吸引,撞击地球形成了海洋,由于这个大轰炸时期经历百万年甚至更久,形成的海洋遍布了全球!
太阳系中有水的星球,水都在表面吗?
地球并不是太阳系中唯一有水的星球,甚至都不是唯一有液态水的星球!而且地球的水拥有量都排不上前三甲,比如木卫二和土卫二的水都远超地球!但地球是唯一在地表有液态水的星球,因为在这些天体中,只有地球表面有液态水存在的条件!
左:木卫二,右:地球
但木卫二和土卫二表面的冰层下,也有大量的液态水,因为他们内部存在一个热源,来自于行星和卫星之间的潮汐引力对星球内核的作用!所以这些液态水被冰层包裹下,一直存在着,也许内部经过数十亿年的发展,都可能形成了生命!
而最近对于谷神星的研究,发现它内部也存在一个咸水海洋!水在太阳系中真不是一种稀缺物质,而是到处都是!
水的地球内部循环之旅
别的天体水体是怎么循环的我们还搞不清楚,但地球的水体循环科学家还是有不少心得的,除了在太阳热辐射作用下的水汽循环加上大气环流,水从海洋变成水汽进入大气,形成云彩,再经过风到全球各地,变成降水或者降雨回地面,汇集成河流进入湖泊海洋,完成一个循环!
除了这个能看得到的水汽循环之外,还有一个我们看不见循环,这是水在地球内部的循环!1977年斯克里普斯海洋研究所的科学家,利用阿尔文号深潜器,在东太平洋海隆发现了海底热液泉!就是俗称的海底烟囱,源源不断的从海底冒出几乎接近超临界温度的热水!
但这些热水并没有沸腾,因为压力太高!此后在全球大洋底部都发现了热液泉,我国蛟龙号在印度洋的其中一个任务就是去探查热液泉并且取样!热液泉是地球内部除了火山外,向人类开启的另一个窗口!内部喷出的水流中含有大量的重金属物质,沉积在周围形成热液管道!
海底“烟囱”取样
这些热液中的水是从哪来的呢?
废话,当然是地球内部冒出来的啦!话虽不错,但地球内部源源不断冒水,不间断的几十亿年,不是要憋了吗?这倒是完全不用担心,因为海洋中的水会随着板块之间的缝隙,地壳运动等进入地壳,然后在内部高温的作用下,又在某个裂缝冒了出来!当然也有可能通过陆地或者海底的火山喷发重新进入大气层!
进入地球内部的水,为什么还会跑出来?
水的渗透作用是很强的,这从美国的页岩油开采引发的地震可以看出来!美国自上世纪九十年代后,页岩油开采进入商业化以来,西部页岩油开采区地震数量增加了数十倍,调查后发现原来是页岩油开采公司不想处理废水,将其注入了地下!
而这些位置则是页岩油开采压裂过的区域附近,存在大量的断裂带,大量水进入后成了地层之间的润滑剂,让地层的错动更容易发生!所以水还充当了加快板块运动的调节剂,当然这个过程一直以来都在发生,也不用担心水会加快从错动,从而让日本大陆沉入太平洋底,大家对这样的结果都表示非常“遗憾”。
进入了地壳浅层的水,可能会半永久性的留存在那里,但更深层次的水则会通过地壳引起的运动,通过火山回到地面,进入下一次循环。这个原因是地球内部的热量,它来自于地球形成时的引力坍缩,还有放射性物质的衰变,尽管它在未来会越来越少,但据科学家估计,仍然能坚持23亿年之久!
所以在各位有生之年里,水是不会漏光的,23亿年后地球冷却,地球板块运动也会停止,到那时渗水就相当于裂缝被补上了,泄漏的更少,水就更没地方跑了!
地球上的水还是不见了!
不过这些水却不是漏光的,而是被烤干,因为几十亿年后太阳红巨星化,温度更低但体积更大,地球上的热辐射更多,因此烤干地球也是迟早的事情!到那会,地球真的成了不毛之地,要是人类不走,就等着烤成齑粉!
各位考虑下,地球热爆了,还有哪里可以去?
如果仅仅考虑重力原因,那水资源确实无孔不入,但我们在考虑地表水资源重力时,不能将地球结构忽略,也不能将水的物理变化因素忽略。我们都知道地球由地核、地幔、地壳组成,我们所说的地表其实只是地壳的最外层,水资源或许在地壳层可以不断渗入,但绝对无法渗入至地幔层,更不可能到达地壳,因为地幔和地核要么以流动熔岩的状态存在,要么以固态熔岩的形态存在,这两种状态温度都要超过1000度。
另外,我们都知道,水的沸点是100度,达到100度以后便会沸腾蒸发为气态,当地表水资源靠近地幔时,就会因为高温而转变物理状态成气态,在这样的物理反应下断然不可能再继续下渗。其实我们应该都听过一个名词--地热,地热实际上就是地下水资源在下渗过程中,遇到了上升的地幔柱,被地幔热量加热而形成的,越靠近地幔的地下水,温度越高,基本可以达到沸点,这种情况下不被蒸发殆尽都是好的,何谈继续下渗。
不过,有研究称,水资源在进入地幔层以后会转变状态,以某种气态的形式存在,当局部地幔热量爆发形成火山时,地幔岩浆喷薄过程中就会带着这些气态水一并喷射而出,气态水进入大气层后就又参与到了地球水分子循环,这说明地表水最深只能到达地幔层,我们所常说的地球水资源循环,某种程度上也可以将浅层地幔包含在内,但也仅限于浅层地幔。
其实,考虑时,可以将地表比喻为烧水壶,将地幔、地核看作是火,火烧水时,水只会在水壶内循环,不会穿过壶底进入火中,即便有少量的水不小心滴到火上,也只是滋啦滋啦的蒸发,所以这是一个很简单的物理原理,就算地表水资源重力再打,下渗的过程中也会被地球内部的高热量改变状态喷薄而出。
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