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撰文 | 乔安娜·汤普森（Joanna Thompson）
翻译 | 龙霏霏
在 2021 年 2 月最后一天的最后几个小时，一块13千克重的小行星以每秒约14千米的速度冲入地球高层大气。当它穿过平流层时，大气的摩擦和热量将它的外部烧成了深黑色。陨石外层的碎屑在火光中脱落，巨大的火球像火炬一样瞬间点亮了夜空。最大的一块陨石碎片（约320克重）落在了英国温什科姆的一条私家车道上。12小时后，科学家紧急赶到，采集了这块陨石的样本。这是迄今最“新鲜”的陨石材料，“几乎和理想中一样及时。”英国伦敦自然历史博物馆的行星科学家阿什利·金（Ashley King）这样表示。温什科姆陨石属于一种罕见的陨石种类——碳质球粒陨石。借助其中的易挥发成分，研究者正试图拼凑出地球上最大的谜题之一：我们星球上的水从何而来。过去，研究者认为陨石可能给地球带来了水，但关于陨石带来了多少水还存在激烈争论。有人提出陨石就像给地球“下了场大雨”；而其他人认为陨石的贡献只有“九牛一毛”。温什科姆陨石碎片。
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在成为一颗行星之前，地球曾经只是一团围绕年轻太阳运行的尘埃云。这些尘埃经过被称为吸积的过程，凝结成岩石团块，再碰撞在一起，形成越来越大的岩石聚集体，最终滚雪球般形成了一个完整的行星。早期的地球并不像现在的“暗淡蓝点”。它的温度曾高达2000℃，足以蒸发地表的任何水分。科学家曾认为，这意味着地球在婴儿时期会非常干旱，但最近发表在《自然》（Nature）杂志上的一项研究表明，地球可能曾湿润得多。该研究的合著者、美国卡内基科学研究所（Carnegie Institution for Science）的地球化学家阿纳·沙哈尔（Anat Shahar）和同事注意到，许多类地系外行星在吸积过程中会获得富氢大气，他们据此调整了模型，重新模拟了地球的形成过程。结果显示，与之前的假设相反，即使这颗虚拟行星曾被岩浆海覆盖，仍有大量的水存在于行星表面，并被包裹进地幔。虽然这个模型表明，地球可能自形成以来就保存了大量的水，但行星地质学家仍然相信，还有一大部分水来自大气层之外。“证据太多了，”沙哈尔表示，“我们无法反驳。”金说，“确凿的证据”就隐藏在地球的氢中。氢在地球上以两种稳定的“风味”存在——或者说氢具有两种稳定同位素：原子核只有一个质子的氢，以及原子核由一个质子和一个中子组成的氘。地幔中水所含的氘比海水少15%，因此海水中多出来的氘很有可能来自其他地方。起初，天文学家推测富含氘的水是通过彗星来到地球的。彗星诞生的地方很冷，头部的慧核主要由冰物质构成，可能占据了高达 80% 的质量。但在 2014 年，欧洲空间局（European Space Agency）“罗塞塔”（Rosetta）彗星探测器获得的数据显示，与地球水的同位素相比，许多彗星的水中氘的含量要高得多。科学家又提出了另一个假设：是太阳风将太空中的氢和氧推入地球大气。然而，许多科学家坚持认为，这些分子中的氘太少了。“很难用这些来源共同解释地球水的氢同位素比。”美国马里兰大学的岩石学家梅甘·E.纽科姆（Megan E. Newcombe）这样表示。那么该去哪里找这“恰到好处”的同位素比呢？最终，研究人员从陨石身上找到了答案——特别是一类被称为球粒陨石的原始团块。在因含碳而得名的碳质球粒陨石中，含水量可以高达20%。“并不是说当你触摸陨石时，它是湿的，”美国菲尔德博物馆（Field Museum）的地质学家玛丽亚·瓦尔德斯（Maria Valdes ）说。事实上，大部分水被锁在矿物中。在2022年一篇发表于《科学·进展》（Science Advances）的研究中，金和同事用能谱法分析了温什科姆陨石。他们发现陨石的氘氢比与地球海洋几乎完美匹配——考虑到他们采集陨石样品的速度，这个结果尤其值得注意。“陨石和大气合不来，”美国自然历史博物馆地质馆馆长丹顿·埃贝尔（Denton Ebel）说。一接触地球大气，陨石中的矿物质就会像海绵一样吸收水蒸气。但由于温什科姆样本是在撞击后 12 小时内获得的，因此与大多数样本相比，它受地球水的污染要少得多。温什科姆陨石分析完成几个月后，纽科姆和团队的一项研究进一步证实了碳质球粒陨石的情况，这项研究于今年发表在《自然》杂志上。研究团队分析了几颗新的无球粒陨石。与碳质球粒陨石不同，这些陨石来自小行星或发生过部分熔融的原始岩石聚集体。纽科姆和合著者发现，就像烘烤饼干面团一样，无球粒陨石也在熔融过程中失去了水分。“我们发现的一切，无论是来自内太阳系还是外太阳系，都非常、非常干燥。”她说。然而，法国洛林大学的宇宙化学家洛雷特·皮亚尼（Laurette Piani）指出，这一发现并不意味着碳质球粒陨石是地球上水的唯一来源。“在我看来，地球上的水可能有几种来源，”她说，如果只靠球粒陨石中的水，地球上的海洋就需要大量的陨石撞击才能形成，然而如今碳质球粒陨石相当罕见。皮亚尼指出，大约相同比例的太阳风、彗星、地幔水和球粒陨石来源结合起来，就可以匹配目前地球水的同位素比。但无论地球水的确切配方如何，它的起源将揭示我们的星球如何形成，以及如何演化出了我们生活的这片充满活力的蓝色世界。
