地球的水從哪來(lái)？用了46億年還沒(méi)干涸，誰(shuí)在給地球“續(xù)杯？

你每天喝的水，可能比太陽(yáng)還老。這話聽(tīng)起來(lái)離譜，但從某種意義上說(shuō)，它是真的。那么問(wèn)題來(lái)了，地球剛誕生時(shí)是一顆熾熱的火球，水到底是從哪兒冒出來(lái)的？更讓人好奇的是，46億年過(guò)去了，地球上的水究竟是變多了、變少了，還是根本沒(méi)變？

水的來(lái)源之爭(zhēng)：地球自帶的，還是外太空快遞的？

關(guān)于地球水的起源，科學(xué)界曾經(jīng)吵了幾十年。爭(zhēng)論的焦點(diǎn)很簡(jiǎn)單：水是地球自己"生"出來(lái)的，還是從太空"寄"過(guò)來(lái)的？

先說(shuō)"自產(chǎn)派"的觀點(diǎn)。地球形成于46億年前，當(dāng)時(shí)太陽(yáng)系還是一片混沌的塵埃和氣體盤。在地球逐漸凝聚成型的過(guò)程中，大量含水礦物被裹挾進(jìn)來(lái)。這些礦物里的水并不是液態(tài)的，而是以化學(xué)鍵的形式鎖在晶體結(jié)構(gòu)中，比如蛇紋石、角閃石這類含羥基（-OH）的礦物。

地球內(nèi)部溫度極高，巖漿翻涌，這些礦物在高溫下釋放出水蒸氣，隨著火山噴發(fā)沖出地表，最終冷凝成液態(tài)水。

這個(gè)過(guò)程被稱為"脫氣作用"。它聽(tīng)起來(lái)很合理，但有一個(gè)問(wèn)題：早期地球太熱了，表面溫度一度超過(guò)1000℃，任何水蒸氣都會(huì)被太陽(yáng)風(fēng)吹散或分解。所以光靠?jī)?nèi)部脫氣，可能攢不下那么多水。

于是"外送派"登場(chǎng)了。他們的證據(jù)來(lái)自一種不起眼的東西——隕石。1969年9月28日，一顆火球劃過(guò)澳大利亞維多利亞州的天空，墜落在默奇森鎮(zhèn)附近。這就是著名的默奇森隕石，一塊碳質(zhì)球粒隕石。科學(xué)家分析它的成分時(shí)發(fā)現(xiàn)，其中含有高達(dá)12%的水（以含水礦物形式存在），而且其氫同位素比值（氘/氫比，簡(jiǎn)稱D/H）與地球海洋水驚人地接近。

這意味著什么？它說(shuō)明地球的水很可能有相當(dāng)一部分來(lái)自小行星撞擊。在地球形成后的頭幾億年，正是太陽(yáng)系的"大轟炸時(shí)期"，無(wú)數(shù)小行星和彗星像雨點(diǎn)一樣砸向地球。每一次撞擊都帶來(lái)一點(diǎn)水，積少成多，最終填滿了海洋。

但彗星呢？畢竟它們被叫做"臟雪球"，表面覆蓋著大量冰。然而2014年，歐洲航天局的羅塞塔號(hào)探測(cè)器飛到67P彗星身邊，測(cè)了一下它的水的D/H比值，結(jié)果比地球海洋水高出三倍。這就尷尬了，如果地球的水主要來(lái)自彗星，那同位素比值應(yīng)該和彗星一致才對(duì)。

所以目前的主流觀點(diǎn)是：地球的水是"混血兒"。大約70%來(lái)自小行星帶的碳質(zhì)球粒隕石，20%可能來(lái)自地球內(nèi)部原始物質(zhì)的脫氣，剩下10%可能有彗星的貢獻(xiàn)。這就好比你家的存款，大頭是工資，一小部分是年終獎(jiǎng)，偶爾還有幾個(gè)紅包——來(lái)源不同，但最后都進(jìn)了同一個(gè)賬戶。

46億年過(guò)去了，地球的水少了么？

地球表面的水總量大約是13.86億立方公里，這個(gè)數(shù)字你很難有直觀感受。換個(gè)說(shuō)法：如果把地球上所有的水聚成一個(gè)球，直徑大約1385公里，大概能從北京延伸到越南河內(nèi)。

這些水里，96.5%是海水，淡水只占2.5%。而淡水中的68.7%被鎖在南北極的冰蓋和冰川里，剩下的絕大部分藏在地下。真正能被人類直接使用的河流湖泊水，只占全球水總量的0.007%。說(shuō)白了，地球上水看起來(lái)多得嚇人，但真正能喝的那點(diǎn)兒，少得可憐。

那問(wèn)題來(lái)了：這些水會(huì)不會(huì)隨著時(shí)間慢慢消失？會(huì)，但也不會(huì)。這取決于你怎么定義"消失"。

先說(shuō)"會(huì)消失"的部分。地球大氣層的頂端，有一個(gè)叫"外逸層"的區(qū)域，溫度極高，氫原子在那里可以獲得足夠的動(dòng)能，掙脫地球引力飛向太空。這個(gè)過(guò)程叫"熱逃逸"。水分子被紫外線分解成氫和氧后，輕飄飄的氫原子就可能逃走。

NASA的衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示，地球每秒大約損失3公斤的氫原子。聽(tīng)起來(lái)不多，但架不住時(shí)間長(zhǎng)。46億年下來(lái)，地球累計(jì)損失的氫折算成水，大約相當(dāng)于當(dāng)前海洋總量的四分之一。這是什么概念？就是說(shuō)如果沒(méi)有這些損失，今天的海洋可能比現(xiàn)在深300多米。

但為什么說(shuō)"也不會(huì)消失"呢？因?yàn)榈厍蛞恢痹?補(bǔ)貨"。每年大約有4萬(wàn)噸宇宙塵埃落入地球大氣層，其中相當(dāng)一部分含有水分子或含水礦物。雖然這點(diǎn)兒補(bǔ)充量比起損失量只是杯水車薪，但起碼說(shuō)明水循環(huán)不是完全單向的"只出不進(jìn)"。

更重要的是，地球的水循環(huán)系統(tǒng)幾乎是封閉的。你今天喝下去的水，會(huì)變成尿液、汗液、呼吸的水蒸氣，蒸發(fā)到大氣里，凝結(jié)成云，落成雨，匯入河流，滲入地下，再被抽上來(lái)，裝進(jìn)瓶子，擺在超市貨架上。這個(gè)循環(huán)從恐龍時(shí)代就開(kāi)始了，甚至更早。從這個(gè)意義上說(shuō)，你喝的每一口水里，都有幾個(gè)分子曾經(jīng)被霸王龍喝過(guò)。

地球的水并不"聽(tīng)話"：它在搬家

水沒(méi)有減少太多，但它一直在"搬家"。這件事正在深刻影響人類的命運(yùn)。

2023年，NASA和德國(guó)宇航中心聯(lián)合發(fā)布的GRACE-FO衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示，過(guò)去20年間，全球冰川每年平均損失約2670億噸冰。格陵蘭冰蓋每年損失約2800億噸，南極冰蓋每年損失約1500億噸。這些冰融化后變成水，流入海洋，導(dǎo)致海平面上升。從1993年到2023年，全球海平面已經(jīng)上升了約10厘米。

但另一方面，一些地區(qū)的地下水卻在瘋狂消耗。印度北部的恒河平原是全球地下水超采最嚴(yán)重的地區(qū)之一。GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示，從2002年到2020年，該地區(qū)地下水儲(chǔ)量減少了約1.4萬(wàn)億噸，相當(dāng)于每年倒掉一整個(gè)貝加爾湖的十分之一。這些水被抽上來(lái)灌溉農(nóng)田，蒸發(fā)進(jìn)入大氣，最終以降雨形式落到別處，可能是孟加拉灣，也可能是喜馬拉雅山脈。

中國(guó)的情況同樣不樂(lè)觀。華北平原是我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)，也是地下水超采重災(zāi)區(qū)。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù)顯示，華北平原深層地下水位自1960年代以來(lái)累計(jì)下降超過(guò)40米，部分地區(qū)超過(guò)100米。與此同時(shí)，南方的洪澇災(zāi)害頻率在增加。2021年河南鄭州"7·20"特大暴雨，一小時(shí)降雨量達(dá)到201.9毫米，打破中國(guó)大陸小時(shí)降雨紀(jì)錄。

這就是水的"搬家"效應(yīng)：它沒(méi)有從地球上消失，但它換了地方住。原本該在冰川里的水去了海洋，原本在地下的水跑到了大氣里，原本均勻分布的降雨變得極端化。總量不變，但分布亂了套。

科學(xué)家管這叫"水文循環(huán)加速"。隨著全球變暖，更多的水蒸發(fā)進(jìn)入大氣，大氣能"容納"更多水汽（溫度每升高1℃，大氣水汽容量增加約7%），然后以更猛烈的暴雨形式釋放出來(lái)。結(jié)果就是，干旱的地方更干，洪澇的地方更澇。聯(lián)合國(guó)2023年發(fā)布的報(bào)告估計(jì)，到2050年，全球?qū)⒂谐^(guò)50億人面臨每年至少一個(gè)月的水資源短缺。

地球會(huì)不會(huì)變成"干球"？

既然水會(huì)逃逸，那地球會(huì)不會(huì)有一天變成像火星那樣的荒漠行星？

火星的確是前車之鑒。幾十億年前，火星表面可能也有河流和海洋，但由于它的質(zhì)量只有地球的10.7%，引力太弱，無(wú)法長(zhǎng)期留住大氣和水。太陽(yáng)風(fēng)把它的大氣剝蝕殆盡，液態(tài)水要么蒸發(fā)逃逸，要么凍結(jié)在極地冰蓋和地下。今天的火星表面大氣壓力只有地球的0.6%，液態(tài)水根本無(wú)法存在。

地球會(huì)不會(huì)走上同樣的路？從目前的物理機(jī)制看，短期內(nèi)不會(huì)。地球質(zhì)量是火星的9.3倍，引力足夠強(qiáng)，能牢牢抓住大部分氣體和水分子。而且地球有一道火星沒(méi)有的護(hù)盾——磁場(chǎng)。地核里的液態(tài)鐵對(duì)流產(chǎn)生的地磁場(chǎng)，像一把隱形的傘，把太陽(yáng)風(fēng)偏轉(zhuǎn)開(kāi)來(lái)，保護(hù)大氣層不被吹散。

但"短期內(nèi)"是多短？如果把視野拉長(zhǎng)到10億年以上，情況就不太妙了。太陽(yáng)每過(guò)10億年，亮度會(huì)增加約10%。10億年后，太陽(yáng)輻射增強(qiáng)到一定程度，會(huì)導(dǎo)致地球表面溫度大幅升高，海洋蒸發(fā)加劇，水蒸氣進(jìn)入高層大氣后被紫外線分解，氫原子逃逸速度大大加快。這個(gè)過(guò)程叫"濕潤(rùn)溫室效應(yīng)"，可能在10到20億年內(nèi)讓地球失去全部海洋。

不過(guò)這已經(jīng)是極其遙遠(yuǎn)的未來(lái)了。在那之前，人類有更緊迫的問(wèn)題要操心，不是水會(huì)不會(huì)從地球消失，而是怎么保護(hù)好地球上的水資源！