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地底下的另類海洋
2016/11/30
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全地球地表下方幾百公里深處,可能有「隱藏的海洋」,水量相當於地表海洋總水量的3倍。這項發現,有機會解答:「地球的水從哪裡來?」這個大哉問。
 
 
2014年6月份,美國新墨西哥大學和西北大學的研究人員,在知名期刊《科學》(Science)發表了研究成果,全地球地表下方幾百公里深處,可能有「隱藏的海洋」,水量相當於地表海洋總水量的3倍。這項發現,有機會解答:「地球的水從哪裡來?」這個大哉問。請聽今天的科學三分鐘,主題是:地底下的另類海洋。

地球的水從哪裡來呢?
從天上來?還是從地底下來呢?

無論您猜哪一個答案,都不奇怪,因為科學家也提過這兩種學說。

本集單元科學顧問,中研院地科所特聘研究員趙丰教授,為我們整合了相關的知識與觀念。其實在地球的地表海洋,有超過13億立方公里的水。這麼多水是從哪來的呢?有人可能覺得這個問題不必問,但科學家卻不能不問,為什麼呢?您一定聽過水就是H2O,是兩個氫原子跟一個氧原子組成的。地球上的氧很充足,但是對於地球的重力而言,氫實在是太輕了,很容易飄散到宇宙中,因此地球大氣裡的氫含量非常稀少。那麼,怎麼可能有這麼多水呢?

原因可能有三種:

第一、在地球生成的早期,地表上的氫元素比現在多很多,在漫長的時間裡,這些氫雖然跑掉不少,也會持續跟氧結合,足以變成像現在這麼多的水。

第二、水是從天上來的,比方我們觀察到慧星含有冰,可能撞擊地球帶來很多水。

第三、從地底下來的,也就是我們以下要解釋的新發現。

地底下有水嗎?想了解地底下的物質,一個方法是直接鑽探,但是成本很高,要鑽十幾公里深都很困難,想挖幾百公里深,目前還辦不到。科學家採行的辦法,是分析地震波。

科學家相信上部地函,就是地殼以下的區域,主要由橄欖石組成。越往深處,尤其是大約410到660公里深的地方-稱為上下地函的「過渡帶」-在這裡,橄欖石在高溫高壓下,會變成瓦茲利石以及林伍德石,其中很可能含有水份。所以我們說,在地底下存在一個「另類」的海洋,因為在那裡的水,不是液態水、水蒸氣或冰,而是以水分子的形式存在於岩石晶體中。

因為地震波遇到岩石若含有水份,速度會稍有不同,而在地下660公里處,科學家就偵測到這個現象,表示當地的岩石可能含有水份。於是科學家在實驗室裡合成「林伍德石」,再模擬地下660公里處的溫度和壓力,發現它果然像出汗一樣滲出水來,印證了原先的假設。由此可以推斷,上下地函「過渡帶」的大量岩石中,都可能含有水。

還有一個證據,去年加拿大亞伯達大學的科學家,研究來自地底410到660公里深處的鑽石,發現裡面包了一塊林伍德石,也證明它含有1.5%的水。這項結果,發表在今年三月的《自然》期刊。如果以上假設都正確,綜合估計,地函中現有的水,可能是地表海洋總水量的3倍。

今天的科學關鍵字,就是

林伍德石 Ringwoodite

水從哪裡來?您可以透過關鍵字,進一步查詢或做延伸閱讀。

【本單元由科技部補助製播】2014-07-06 16:55:00播出
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