【專欄】地球上水怎麼來的？

文/王至劭（台聯政策顧問、台灣教授協會會員）

地球上70%以上的面積都是海洋，這些水是那邊來的呢？分成外源說和內源說，如下：

外源說：

(一) 彗星帶來的。

以前說法，那些拖著長長尾巴的雪球在幾十億年前撞擊了年輕的地球，迎來了生命之源。一顆熾熱的岩石星球在彗星帶來的水之下逐漸冷卻，最終形成了藍色的海洋。這個說法流傳了很久，但事實上，這個彗星送水理論很可能只對了一小部分，這一切都要從同位素說起。

化學世界裡，同一元素不是所有的原子都生得一模一樣，就拿構成水的氫原子來說，它有一個比較胖的兄弟，叫做「氘」，其原子量為2。在自然界中，這兩種水會以一個特定的比例存在(一般水：含氘重水=9998：2)，所以如果地球上的水真的是彗星帶來的，那麼彗星冰層里的氫氘比應該要跟地球海洋的氫氘比非常接近。

在過去的幾十年裡，天文學家們用探測器，比如歐洲太空總署的羅塞塔號(Rosetta)任務非常辛苦地去追蹤和分析了許多彗星，他們發現，像是來自太陽系邊緣歐特雲的那些長周期彗星，它們冰里的氫氘比是地球海洋的兩倍甚至3倍以上，這個數字差異太大了，完全不符合。科學家們又把希望寄托在距離我們比較近的庫柏帶彗星上，大部分還是跟地球上的水對不上，這就讓彗星送水理論陷入了一個非常尷尬的境地。它或許在地球形成初期也貢獻了一部分的水，但要把整個地球汪洋大海的功勞都給它，證據上就顯得不正確。

(二) 小行星帶來的。

科學家們把調查目標轉向了另一群在太陽系裡遊盪的天體小行星，特別是其中一類叫做碳質球粒隕石，但你可以把它們想像成是太陽系形成初期剩下的一些邊角料。它們是太陽系最古老，最原始的物質之一，就像是太陽系剛誕生時的化石，這些小行星跟彗星那種冰塊加塵埃的結構不一樣，它們是岩石，但在它們的礦物晶體結構裡，卻用一種非常特別的方式鎖住了水分。

神奇的地方來了，當科學家們分析那些掉落到地球上的碳質球粒隕石，測量它們裡面水的氫氘比時得到了一個驚人的結果，它們的氫氘比跟地球海洋的氫氘比幾乎完美匹配。這強烈地暗示著，在地球形成後三、四億年，一段被稱為後期重轟炸期的混亂時期，大量富含水分的碳質球粒隕石撞擊了地球，它們就像是無數個微型的宇宙水罐，雖然單個看起來不起眼，但幾千萬年累積下來的數量足以為地球帶來形成海洋所需的大部分水量。

這個理論之所以比彗星理論更有說服力，不僅僅是因為氫氚比的匹配，它更符合行星形成的動態過程。在早期的太陽系裡，內圈因為靠近太陽，溫度太高，水很難以冰的形式存在，而碳質球粒隕石主要分佈在火星跟木星之間的小行星帶，那個位置的溫度正好適合水以冰和礦物的形式穩定存在太陽系形成過程中，吸引力不斷的擾動這個小行星帶，捕獲這些富含水分的建材，這是非常自然且合理的過程。所以，送水的可能不是那個光鮮亮麗、拖著長尾巴的彗星，而是這些毫不起眼的岩石塊。

內源說：

但有沒有可能地球上的水根本就不是外來的？在地球誕生的時候水就已經存在於它的身體裡了？這個理論，我們稱之為內源說，這個想法要將我們的時間線再往前挪到氣體與塵埃雲時期，我們稱之為太陽星雲，構成我們現在看到的一切，太陽、行星、小行星，都是從這片星雲中誕生的。這個新理論的核心觀點是，在太陽星雲的特定區域，溫度並沒有我們以前想像的那麼高，水蒸氣可以凝結成微小的冰晶，並附著在那些塵埃顆粒上。這些帶有冰晶的塵埃顆粒就像是製作行星的原始麵糰，在引力的作用下這些塵埃顆粒互相碰撞，慢慢地滾雪球一樣，從小石塊變成大石塊，最終形成了像地球這樣的岩石行星。也就是說，水是以固態冰晶的形式從一開始就參與了地球的建造過程，它不是後來才被加上去的配料，而是早就揉進麵糰里的成分。這些水分在地球形成初期的高溫高壓下被鎖進了地函深處的礦物里，比如一種叫做齡伍德石(Ted Ringwood，澳洲學者名。)它在高壓下可以像海綿一樣吸收相當量的水。科學家們透過地震波分析和高壓實驗推斷出，在地函深處的過渡帶可能儲存著巨量的水，其總量甚至可能是地表海洋總和的好幾倍，這簡直就像是在我們腳下還隱藏著一個看不見的地下超級海洋，這個理論解釋了地表海洋的形成。

當地球內部因為放射性元素衰變而持續加熱，火山活動變得非常劇烈，這些火山就成了地球內部的排氣孔，被鎖在深處礦物裡的水分子在高溫下被釋放出來，以水蒸氣的形式隨著岩漿噴發到地表。在地球形成的最初幾億年裡，整個地表就是一個充滿火山和熔岩的煉獄，巨量的水蒸氣和二氧化碳等氣體被噴發到空中，形成了濃厚的原始大氣層。隨著地球內部活動的逐漸趨緩，地表開始慢慢冷卻，當溫度終於降到水的沸點以下時，一場宇宙級別的超級暴雨就此開始，不是下幾天、幾星期的雨，而是持續了幾百萬年甚至幾千萬年的滂沱大雨。天空中的水蒸氣不斷凝結，降落到地表，填滿了低洼的盆地，匯聚成了溪流、江河，最終形成了我們今天所知的原始海洋。這是一個由內而外的過程，是地球自己生出了自己的海洋，而不是單純地等待天外來客的饋贈。

結論：

兩個理論那一個才是對的呢？在科學的世界裡，答案很少是非黑即白的。目前，越來越多的科學家傾向於一個混合模型，也就是說，地球水的起源很可能兩者皆有。地球在形成之初就從太陽星雲中繼承了相當一部分的娘胎裡帶出來的水，這些水構成了地球水資源的基本盤，在隨後的後期重轟炸期，富含水的小行星和一部分彗星又為地球帶來了額外的補充水分。

我們作為生活在結果中的人類，回溯這一切，會發現我們腳下的這顆星球，它的形成過程是如此的動態、如此的複雜，也充滿了各種宇宙的巧合。我們能夠生活在這裡，擁有這片藍色的海洋，絕對不是一件理所當然的事。我們花了這麼多時間去追溯幾十億年前水的起源，從太陽系邊緣的彗星到小行星帶的岩石，再到地球內部深處的古老礦物，這不只是一個滿足好奇心的科學探索，它更直接地關係到我們的未來。當我們理解了地球上的水是經歷了多麼漫長和偶然的過程才得以形成和保存下來，我們才會真正意識到它是多麼的有限和珍貴。

反思：

然而我們現在是怎麼對待這些水的？工業廢水、農業污染、塑膠微粒正在不斷侵蝕著我們乾淨的水源，氣候變遷導致的乾旱和洪水正在破壞全球水資源的穩定分佈，我們正在以一個極快的速度消耗和污染這積累了46億年的宇宙遺產。許多地方，人們已經為了爭奪水資源而發生衝突，這是正在發生的現實。當我們抬頭仰望星空，尋找其他可能存在生命的星球時，一個最基本的指標就是尋找液態水的存在。

我們如此幸運，就生活在一顆被水覆蓋的星球上，卻常常忘記了它的可貴。或許下一次，當你喝水的時候，可以稍微停下來，感受一下你手中的這杯水，它所經歷的時空旅程遠超我們的想像。現在，它就在你的手中，即將成為你身體的一部分。理解水的起源，最終是為了讓我們更深刻地理解我們自己和我們所處的世界。我們是水族的生命，我們的文明建立在水之上，我們的未來也將取決於我們如何與這份宇宙贈禮共存。彗星送水的故事很浪漫，但地球自己孕育海洋，並與小行星共同塑造這片蔚藍，或許更為真實。

我們是這個星球歷史的一部分，保護水資源不再只是一個環保口號，而是我們作為地球生命，對這段橫跨46億年的宏大歷史最基本的尊重和責任。關於地球上的水從何而來，在外來星辰，也在我們深深的腳下。