科學家揭示了地殼下巨大的海洋，其水量是地殼的三倍

在地球表面下約 700 公里處發現了一個巨大的水庫，其含水量是已知海洋的三倍。這項發表在《科學》雜誌上的研究表明，這些水被困在一種名為尖晶石的稀有礦物中，這種礦物存在於地函的過渡帶中。負責協調這項研究的西北大學研究員史蒂文·雅各布森 (Steven Jacobsen) 使用分佈在美國各地的約 2000 台地震儀，分析了 500 多次地震產生的地震波來定位地下水庫。

這項發現為地球水的起源提供了新的視角。在最初的十億年裡，所有的水並不是透過彗星或小行星到達地球，而是很大一部分可能來自地球本身。這項發現也解釋了為什麼儘管存在氣候變遷和大陸漂移，海平面在數億年裡仍保持相對穩定。

儲存在礦物尖晶石中的水

在這個深處，水不能自由流動。它被困在尖晶橄欖岩中，這是一種罕見的藍色礦物，在地函過渡帶（深度約 410 至 660 公里）的極端壓力下仍能保持穩定。這種礦物質在分子層級吸收水，產生海綿效應，使地函能夠儲存大量的這種資源。

與乾燥岩石相比，地震波在潮濕岩石中傳播的速度較慢。透過繪製地震波減速的位置，研究人員能夠準確地確定水集中的位置。雅各布森將這種方法描述為利用地震對地球進行核磁共振成像，揭示地球深處發生的事情。

研究人員強調，這項發現構成了地球部分水源自地球內部的確切證據。這個深層水庫也起到海洋調節器的作用，防止水在較長的地質時期溢出到地表。如果沒有這種地下沉積物，水將完全覆蓋地球，只留下海平面以上可見的山峰。

重新定義全球水文循環

這項發現從根本上改變了對水循環的科學理解。海水在俯衝帶被吸入地幔，其中尖伍德石等礦物質吸收了部分水。數百萬年來，部分水透過火山和地函的上升返回地表，保持海洋的相對平衡。

這個循環表明，地球的水系統比在雲層、河流和海洋中觀察到的要大得多。這也解釋了為什麼液態水能夠持續存在數十億年，支持生命，而火星和月球等行星卻在地質時期中失去了水分。

雅各森解釋說，這個地下系統的影響是深遠的。這種隱藏但有效的水的存在為地球如何能夠長期維持宜居條件提供了重要線索。包括地函水在內的水文循環比以前的模型所建議的更加強大和持久。

科學研究的下一步

目前，大多數地震證據來自北美以下地區。研究人員現在計劃檢查其他地理區域，以確定富含水的尖木礦是否在全球範圍內普遍存在或集中在特定區域。他們也希望完善過渡區儲存水總量的估計。

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未來的調查將集中在尚未完全了解的方面：

• 其他大陸地區富水尖木岩的地理分佈
• 準確估計地函中儲存的水總量
• 水在地球表面和深處之間的循環速度
• 深水循環與長期氣候穩定性之間的聯繫
• 對其他太陽系行星形成模型的影響

這些見解對於完善地質時間尺度上的地球形成、板塊構造和海洋穩定性模型至關重要。每一次有記錄的地震都為我們打開了一扇了解地球隱藏內部的窗口，揭示了一個巨大而古老的系統，數十億年來，這個系統默默地塑造了地球上的生命。

對陸地宜居性的影響

這種深水的存在解釋了一個長期存在的科學謎團：為什麼地球維持著宜居的全球海洋，而其他天體卻沒有。例如，火星在數十億年前曾有地表水，但後來逐漸消失。月球上從來沒有大量的水。地球是不同的，因為它有一個不斷補充海洋的內部水庫。

研究人員強調，人類應該感謝這種深厚的儲備。沒有它，所有的水都將集中在地球表面，從根本上改變我們所知的地理和生命。大陸將完全被淹沒，只有最高的山峰仍然可見。

這項發現也為生命在地球上出現和繁盛的原因提供了視角。深水循環部分確保了海洋的穩定性，為演化創造了成熟的環境。由於海洋條件保持相對穩定，生物體能夠發展數十億年。

創新方法與未來影響

該研究採用了革命性的方法，並利用美國地震台網作為行星勘探工具。歷史上用於探測地震和評估地質災害的地震儀已成為繪製深水沉積物地圖的強大工具。這種方法可以在全球範圍內應用，以便更好地了解這種隱藏水的分佈。

史蒂文·雅各布森強調，這項發現才剛開始揭示地球內部的奧秘。許多問題仍未得到解答，每一次新的地震調查都增加了人們的理解。儘管人類永遠無法直接取得這些水，但它的存在和功能對於地表生命的延續至關重要。

這項研究的影響超越了地質學和水文學。它隨著時間的推移影響行星形成、陸地化學演化和宜居性穩定性的理論。未來關於這個深水系統的發現將有可能揭示其他行星如何維持或失去水，為了解系外行星的宜居性開闢途徑。