水資源真的會越來越貧乏嗎?從某個角度來看,答案是永遠不會。美國作家查爾斯·費什曼在《大水荒:水資源大戰(zhàn)與動蕩未來》一書中告訴我們:水只會在人們習(xí)慣找到它的地方慢慢消失,仍然會有大量的水存在于地幔中,而地球上的水幾乎都來自于外太空。
你也許不知道,從你家的水龍頭里流出的水極有可能已存在了43億年。盡管這個說法仍有爭議,但我們現(xiàn)在所擁有的水的確早已存在,并會永遠存在下去。這些水不僅來自太空,也形成于太空。實際上,水本身就是宇宙的“體液”,比太陽系的形成還早數(shù)億年,甚至數(shù)十億年。
加里·梅爾尼克是美國哈佛大學(xué)天體物理學(xué)中心的資深天體物理學(xué)家,他也是1997年通過歐洲航天局設(shè)計的紅外線太空天文臺發(fā)現(xiàn)大規(guī)?!靶请H水源”的團隊成員之一。多年來,他一直用軌道望遠鏡研究星體的形成和太空水。
梅爾尼克發(fā)現(xiàn),獵戶座“寶劍”上有一個亮閃閃的點,它是一個巨大、明亮、由氣體和塵霧形成的云團,即“獵戶座分子云團”。氫氣就在這種云團里凝結(jié),形成新的星體。這些星體結(jié)合或分解時會發(fā)出沖擊波,當(dāng)沖擊波穿過含有游離態(tài)的氫和氧的氣體云使氫原子和氧原子結(jié)合時,通常就會形成水。
據(jù)科學(xué)家觀察,那里“每24分鐘產(chǎn)生的水,足以填滿地球上所有的海洋”。因此可以說,懸掛在獵戶座腰部的“寶劍”其實就像一個造水廠,一直在源源不斷地造水,每天制造的水量甚至是地球所需的60倍,規(guī)模之大令人難以置信。而這片區(qū)域不過是銀河系中一塊不起眼的“沼澤”而已。
大多數(shù)地球上的水其實并不以我們所熟知的冰、水、氣三種形式存在,還有另外一種存在形式——封存在巖石中。
巖石像一個巨大的水庫,它的含水量至少與地球上所有河流、海洋和冰川中的水量加起來一樣多,卻一直被深埋在人類腳下410千米處。
這種奇特的“第四種形態(tài)”的水有可能就隱匿在你家的廚房中。如果你家的綠石灶臺是用蛇紋石做成的,假設(shè)一塊蛇紋石的鍋臺面板重約90公斤,在這塊石頭中,就有約10公斤的水。這種融合并不像把雞蛋攪在稀面糊中那樣,而是水融進礦石的每個分子中,即裹在構(gòu)成蛇紋石的鎂、硅和氧原子的點陣結(jié)構(gòu)中。
幾乎地下410千米深處的巖石大都以這種方式融進了水——410千米厚的巖石疊加在一起所產(chǎn)生的重力,以及在約1093.33℃高溫加熱的共同作用下,一個氫原子會離開水分子,留下一個羥基,而這個氫原子會融入礦石分子??茖W(xué)家把這種融入水的巖石稱為“水合礦物質(zhì)”(即“水巖”)。
約瑟夫·史密斯是美國科羅拉多大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家,致力于研究深層水的動力學(xué)及其重要意義,也是該領(lǐng)域的先驅(qū)之一。他認為,地幔深處巖石中的水是從海洋中而來,而地球表面的水又來自于地幔深處的深層水。
深層水又如何回到地球表面呢?“大部分深層水通過火山返回地面,當(dāng)安第斯山脈的火山或圣海倫火山噴發(fā)時,形成那些鋪天蓋地的火山云的主要物質(zhì)其實仍是水,里面夾雜著火山灰。”通常,火山噴出的火山云70%都是水,甚至更多。史密斯說,“事實上,正是巖漿里的水引起了火山噴發(fā)?!?/p>
地幔中到底儲存了多少水仍是個謎,科學(xué)家一直在苦苦探索。迄今為止,人類在地球表面所鉆的孔最深的有12千米,由前蘇聯(lián)人耗時24年、斥資1億美元才得以完成。截至2008年,世界上最深的礦井,即人類實際探索地球內(nèi)部的最深處,也只有3.9千米深。這兩個深度就像“手指甲在地球表面的抓痕”,離地球真正的“內(nèi)部”仍遙不可及。
但科學(xué)家們肯定,地球內(nèi)部深層水區(qū)的反應(yīng)約發(fā)生在410千米深處。所有的研究均通過聲波和地震學(xué)以及模擬地球410千米深處的強壓和高溫進行。但模擬強壓和高溫的代價極大,要動用一架兩層樓高的液壓機。即使地幔中有相當(dāng)于四五個海洋總水量的深層水,抽取它卻不像勘探油田和天然氣田那樣容易。因為人類根本不可能直接取樣,更不用說抽取它來進行灌溉。
然而史密斯認為,這種鎖在礦石中的第四種形態(tài)的水,或許是地球上最初的水源。也就是說,水仍然首先是在太空中形成,然后通過隕石的隕落來到了地球。當(dāng)然,還有一種說法認為地球上的水也可能由早期火山活動而來。
不論怎樣,地球深處的水巖對地球地質(zhì)構(gòu)造極其重要。這種水降低了礦石的黏度,使其產(chǎn)生柔韌性,也使大陸板塊能移動或重疊,而移動的板塊造就了地球上的大部分地貌。
發(fā)明與創(chuàng)新·中學(xué)生2014年7期