上巳祓禊的启示 ——聊聊地球上水的来源 （下）

地球在形成后的最初3到4亿年里，由于太阳系里面还有许多小星子没有结合到行星里面去，它们还不断地往地球掉落，这就是小天体撞击。这些小天体主要是小行星和彗星。彗星本身主要是由水冰构成的。撞击的结果就在地球表面形成密密麻麻的陨击坑，也带来了大量的水份，它们带来的水留在地球上。地球上的水来自哪里？对于天文学家来说，这就是答案。简而言之，天文学家认为水来自天上。

地球的早期演化阶段——彗星和小行星撞击（来源：网络）

地球上早期的陨击坑，后来随着时间的推移慢慢地消失了。一是因为遭受到风化作用，地球上面有空气有水，它们就把陨击坑慢慢地侵蚀风化了。此外，地球上大规模的地质活动，如造山运动、冰川流动等，也使许多陨击坑面目全非。现在，我们在地球表面也能发现一些陨击坑，但是不多见了。一个著名的例子是美国亚利桑那州的巴林杰陨击坑，这个陨击坑的直径有1200米，深度有180米。这次撞击的历史不长，估计是4万以前，所以还没有消蚀掉。时代太远的陨击坑就看不到了。

美国亚利桑那州巴林杰陨星坑（来源：网络）

宇宙飞船探测了太阳系的所有行星和它们的部分卫星，水在太阳系天体上普遍存在，就像陨击坑遍布在所有硬壳天体上一样。应该说地球早期遭遇的经历，这些天体都遭遇过。现在彗星和小行星撞击地球和行星的情况很少发生，作为行星它们已经“清空”了轨道周围的小天体。彗星是在八大行星外围、被称为“彗星仓库”的柯伊伯带和奥尔特云里。柯伊伯带是范围从离太阳40天文单位到100个天文单位的一个区域。奥尔特云的区域更远了，在3000到50000天文单位。柯伊伯带像一个面包圈，就细细窄窄的一个圈，围绕在太阳系的外缘。奥尔特云则像一个球形的壳层，包围着整个太阳系。在柯伊伯带和奥尔特云里有无数个彗星，大大小小围绕着太阳旋转。有极少数的轨道深入到太阳系的内部，当飞近太阳的时候，生出长长的彗尾，形成高挂在我们星空的“扫帚星”。彗星是由多种易挥发物质，其中主要是水，在低温下凝结成冰雪，混和着尘埃组成的，被形象地称为“脏雪球”。冥王星、阋神星等若干矮行星位于柯伊伯带之内，它们的表面也覆盖着冰雪，自然也包含着水冰。

柯伊伯带和奥尔特云示意图

（来源：《彩图少儿百科全书·太阳系》，上海少儿出版社）

冰雪覆盖的冥王星表面（来源：网络）

左上方亮点是太阳，正上方的星球是冥卫一（卡戎）

小行星分布在火星与木星之间的小行星带里。极大多数小行星的轨道半长径在 2.17～3.64 天文单位之间，这被称为小行星的主环带。但也有不足10％的小行星其轨道半长径在此范围之外，而且小行星椭圆轨道的偏心率普遍比较大。其中有些小行星的轨道接近或相交于地球轨道，它们被称为近地小行星，有撞击地球的可能性。现在全球许多天文台都在密切监测近地小行星，以便及时作出预警并采取应对措施。

小行星在太阳系里的分布

（来源：《彩图少儿百科全书·太阳系》，上海少儿出版社）

为了全面了解地球上水的来源，笔者参阅了由南京大学地球科学系编写的《普通地质学教程》，这是一本全国通用教材，为全国各地质院校所校采用，一版再版，应该说是一本权威的著作。这本书关于地球上水的来源，反映了地质学家的看法，他们有自己的答案。他们说，是火山爆发给地面上送来了水。

地球早期的时候地壳是很薄的，在小天体不断撞击它时，再加上早期月球离地球近得多，潮汐作用也强烈得多，地壳有的地方就破了。地壳破裂，地壳底下溶融的岩浆就喷发出来。所以在地球的早期曾经有一个很长的时期，那时有大量的火山喷发。岩浆流从火山口汹涌冒出，使原始地壳的厚度迅速增加，改变了原始地壳的成分和结构，奠定了地壳外层的岩石基础。

火山喷发出巨量气体和熔岩流（来源：网络）

火山喷发的时候，除了流出岩浆，还释放大量气体，以水蒸汽为主，其含量常达60%以上，此外有二氧化碳、硫化物（硫化氢、二氧化硫等），以及少量一氧化碳、氢气、氯化氢（盐酸）、氨气、氟化氢（氢氟酸）等。火山喷发的气体量往往很大，如1912年阿拉斯加的卡特曼火山喷发的气体中，仅盐酸就多达125万吨，氢氟酸达20万吨。火山喷发不仅给地球上带来了水，还造就了第二代大气，为地面上生命繁衍并产生现代大气提供了物质基础。地球是由无数星子结合形成的，许多星子本身就是一个一个的冰粒，它们都包含在地幔里面。地壳把地幔包起来，里面很多水份，通过火山爆发释放到地面。我们可以说水不仅来自天上，还来自地下，所谓来自地下就是火山爆发。当然归根结底还是從天上来的，本来在太空中的水，包含进地球里面，到地壳底下去了，然后通过火山爆发送到地面上来了。

南京郊区历史上的火山（死火山）

六合方山和桂子山石柱林（来源：笔者拍摄）

对整个太阳系巡视得到的结果，足以作为水来自天上的佐证。那么地质学家也有证据证明从火山喷出的水留在地面上了。

极早时期的地球表面是无水的。在35亿年前的太古宙初期，已经发现了有水的证据。例如，科拉半岛上的片麻岩，其同位素年代测定，距今35亿年，内含有石英岩透镜体。石英岩的原岩是砂岩，是在水体环境中沉积生成的。此外，在南非35亿年前的变质岩系中，也发现了由沉积而成的钙硅质岩层。既然35亿年前能汇聚成足以形成沉积岩的水域条件，人们推测，在40亿年前地球表面已出现水是无疑的了。这与火山大量喷发的时期是符合的。但当初的水量还很少，估计只有现在的1/10。到太古宙晚期（约25亿年前），沉积岩普遍出现，估计当时的水量可达现在的7/10。初期由火山喷发而形成的水体，溶有不少酸性气体，故由火山喷出的水应是酸性的，pH值大约在5～6之间，后来才慢慢变为弱碱性。这一点，可从太古宙晚期出现广泛的碳酸盐类沉积物得到证明。

其实，就笔者阅读所及，天文和地质这两家都只说着自己的一家之言，似乎都没关心另一家的说法，可能也无意否定另一种说法。那么，我们是否可以结合两家之言，说地球上的水，既来自天上，又来自地下。天上和地下各为地面上的水作了贡献，各自的份额是多少呢？在天文学家和地质学家还各执一词的今天，即使都没有形成偏见，也难于回答这个问题。看来有待于天文学家与地质学家通力合作，联合攻关，才能找到这个问题的正确答案。

地球是太阳系中具有高等生命的唯一空间。由于人口及其消费量的增长，对环境的破坏愈来愈重，许多水资源遭到污染，损害到人类本身的生存和繁荣。世界各国的领导人和有识之士，已认识到这一点，因而提出保护环境，节约地球上的有限资源，包括水资源。让地球处处是山清水秀、鸟语花香、草木葱茏、四季如画的宜居乐园。这就是我们要慎终追远、纪念上巳节的初衷，也才是上巳祓禊的真正重要的启示。正值春水漾漾、风和日丽的阳春三月，让我们以宋代朱熹的诗“春日”作为本文的结束：

胜日寻芳泗水滨，无边光景一时新。

等闲识得东风面，万紫千红总是春。