你知道地球上最老的地下水是多大年龄吗？

人有生老病死，一生的长度，不过百年。而对于世间万物，广阔至浩瀚宇宙，渺小如微观粒子，都逃不出不断衰老这一铁律。地球诞生至今，已有45.6亿年的历史。

作为生命之源的水，也在经历着生命的循环。你知道最古老的水有多少岁吗？

水的起源

地球上的水从哪里来？对于这个问题，众说纷纭。

有些人认为，水是在地球形成时就已经存在的物质，这是“自生说”。有些学者则把水当作“天外来客”，认为水是太阳风吹来、彗星带来的，这是“外生说”^[1]。

水何时出现？也存在着争议。但是，在对约四十五亿年前陨石的分析中，科学家发现了水的痕迹，说明在地球起源之初，可能就已经有水存在^[1]。

▲图1：海洋覆盖了地球表面71%的面积，使得地球成为一个名符其实的“水球”，也让地球成为一个生机勃勃的活力星球。（图片来自维基百科）

那么，我们今天发现的最古老的水，又来自什么时候？

地下水的年龄

地表的水奔腾不息，或被动植物所利用，或蒸发升天，或汇入大海，经历着地表的水循环，不断经历着“重生”。与之相比，进入地下的水，循环的速度则慢的多，生命周期也因此更长。所以，提起水的年龄，主要指的是地下水的年龄。

一般来说，地下水都会经历补给、径流、排泄三个过程，即水从地表渗入地下，在地下流动，又从地下回到地表。这一循环的时间，短则几天，长则千百万年以上。地下水在地下停留的时间，就被称为地下水的年龄。

如何测定地下水的年龄呢？最常用的就是同位素技术。它根据放射性元素衰变速度恒定的特性，选择地下水中特定的放射性元素，分别测量衰变前与衰变后的放射性元素含量，来计算地下水的年龄。不同的元素衰变周期不同，因此能够测定的年龄范围也不同。

▲图2：常用的地下水测年同位素及其定年范围^[2]

地下水在哪里？

地下水，都分布在哪里呢？哪里的地下水，年龄可能最大？

地下水主要分布在地下岩土的孔隙、裂隙、或者溶穴中。不同的岩土体，水从其中穿行通过的能力不同。这种容许水在岩土体中运动的能力，就称作岩土体的渗透性。岩土体的渗透性越强，水就越容易在其中穿行通过。一般来说，水在岩土体中运动的速度范围很广，慢者每年以毫米记，快者甚至能日行千米。

因此，针对大多数的地下水，即使运动速度再慢，经过千百万年的时间，也往往会消失殆尽。这给寻找古老的地下水带来了重重困难。

(a) 孔隙水        (b)裂隙水     (c) 岩溶水

▲图3：孔隙水、裂隙水、岩溶水示意图

想要寻找最古老的地下水，就要去渗透性低、水不容易逃出的地方。这样的地方，主要有两个：

01

流体包裹体

在岩石的矿物晶体形成时，一部分液体和气体被困在晶体中的微小气泡里，就成为流体包裹体。这些包裹体的尺寸一般很小，在0.01毫米到1毫米之间，其中的液体也往往很少。这里的液体，年龄一般比较大。

▲图4：矿物晶体中的流体包裹体（图片来自维基百科）

02

封闭的岩体裂隙

如果岩体裂隙在水进入后，由于构造运动、沉积等原因封闭，同时裂隙周围的岩体又特别致密，“困在”其中的裂隙水就有可能会被保存很长的时间。这样的裂隙水，水量比流体包裹体要大得多，是寻找古老地下水的绝佳选择。

▲图5：致密、封闭的岩体裂隙中存在的地下水，往往可以保存很久

最古老的地下水

2013年，科学家在加拿大安大略省蒂明斯市（Timmins, Ontario, Canada）附近的基德溪矿井( Kidd Creek Mine )2.4 km深处，发现了贮存在铜锌矿床裂缝中的水。这里的矿床有着近27亿年的历史，而水则被完好的密封在矿床裂缝中。钻开岩缝，水的流量最高可达每分钟两升^[3][4]。水量之多，让人惊诧。

▲图6：基德溪矿（Kidd Creek Mine）所在位置

▲图7：基德溪矿坑外景

科学家们小心翼翼的采集了水样，对水中所含的惰性气体同位素氦、氖、氩和氙的含量分别进行测定，得出水的年龄至少在10亿年以上。结合水中的其它元素综合分析，这些水的年龄可能在15亿年左右^[3][4]。

▲图8：矿坑岩体裂缝中流出的古老地下水^[3]

▲图9、10：科学家们在矿坑中采集水样

▲图11：该成果发表于2013年的《Nature》

2016年，在基德溪矿井的更深处（2.9 km），科学家们采集到了新的水样，经过分析，发现这些水的平均年龄在16亿岁左右，最老的甚至可能达到20亿年，刷新了此前最古老的水的纪录^[5][6]。

因此，目前已知的最古老的地下水，其年龄在16亿岁以上^[5][6]。

需要说明的是，由于年龄太过古老，鉴定结果存在一定误差。鉴定方法不同，得出的结果也不尽相同。因此，比起精确的年龄值，科学家们只能确定一个大致的范围。相信随着科学勘探的不断推进，技术手段的不断提升，以及定年方法的不断发展，未来我们将会发现更多更古老的地下水，对其年龄的测定也会更加精确。

也许有读者会疑惑：这样古老的地下水，喝起来味道如何呢？答案可能会让大家失望了。由于长时间的地下封存，水与岩石之间发生着物理化学反应，大量物质溶解在水中，造成水中矿物质含量很高，是名副其实的“矿泉水”。如果尝一口的话，那味道一定是又苦又涩。

▲图12：一天八杯水，健康永相随。今天，你喝了多少水？

水与生命起源

寻找地球上最古老的水，也是在寻找生命起源的秘密。生命最早起源于水中。水作为生命产生的必要溶剂，其中溶解了很多重要元素和化合物，如氢、甲烷、氮、二氧化碳和氨等，水与这些物质混合、相互作用，产生了有机物。有机物聚合成更复杂的结合体，并开始生长繁殖，最早的生命就诞生了。因此，探究最古老的水中所包含的物质，是探究生命起源的重要线索。

▲图13：生命的起源与进化，这一切都离不开水。（图片来自NASA）

在基德溪矿井中采集的古老地下水中，研究人员发现其中含有丰富的甲烷和氢气，这是支持生命活动的必要物质。此外，水中还发现了与岩石发生化学反应所产生的硫酸盐。这说明，封闭的地下水体，具有支持生命活动的物理化学条件。在封存的地下水中，也可能存在一个多姿多彩的生命世界^[3][4]。

这一发现，使得深部地下水体成为了潜在的生命宜居区域，大大扩展了生命活动范围，为地球和外星的生命发现提供了新线索^[5]。有关最古老的水，以及水与生命的关系，还有许多未解之谜，等待进一步探索……

参考文献：

1、 方林茹.水从哪里来[J].地球,2020(08):30-33.

2、 Clark I . Groundwater geochemistry and isotopes. 2015.

3、 Jessica Marshall. Reservoir deep under Ontario holds billion-year-old water[J]. Nature News ,2013

4、 G. Holland, et al, Deep fracture fluids isolated in the crust since the Precambrian era[J]. Nature 497, 357–360, 2013

5、 Sherwood Lollar, et al, Exploring the deep, ancient hydrogeosphere within Precambrian crystalline rocks using noble gases[J], AGU Fall Meeting, 2016

6、 https://www.sciencealert.com/the-world-s-oldest-water-lies-deep-below-canada-and-it-s-2-billion-years-old

来源：中科院地质地球所（仅供分享交流不作商业用途，版权归原作者和原作者出处。如有侵权，请在后台留言，我们会第一时间删除处理）

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