地球早期被岩漿海覆蓋,過去主流觀點認為水份多半蒸發逃逸,現今海洋主要來自後期彗星或小行星撞擊,但新研究指出,地球可能從一開始就是「濕」的,如今大量水被鎖在地函深處,形成龐大隱藏水庫。
約 46 億年前,地球樣貌與如今所見深沉藍色星球截然不同,頻繁且劇烈的天體撞擊將地球表面、內部攪動成深達數千公里的沸騰熔岩海洋,極端到水無法以液態存在,整個星球宛如烈焰燃燒。
然而今日地球表面積 70% 被海水覆蓋,這些水如何出現、保存一直是科學研究熱門主題。
由中國科學院廣州地球化學研究所杜治研究員領銜的團隊,近日首次透過高溫高壓實驗證實:地球形成初期極端高溫環境下,大量水分可透過礦物結晶過程高效「鎖藏」於地函;具體來說,岩漿海洋冷卻過程會結晶形成固態礦物,此時大量氫、氧並未以氣體形式揮發,而是被鎖進新形成的礦物晶格結構並帶入地球深處。
研究指出,布里奇曼石(bridgmanite)是地函最早結晶、且含量超過一半的主要礦物,如同一種「儲水容器」。過去研究實驗條件相對低溫,因此認為布里奇曼石儲水能力有限,但新研究將實驗溫度大幅提升至 4,100℃ 高溫,證實布里奇曼石鎖水能力隨溫度升高而顯著增強。

▲ 布里奇曼石從地球深處「鎖水」想像圖。(Source:中國科學院廣州地球化學研究所)
這代表在地球岩漿海洋冷卻階段結晶的布里奇曼石,反而能封存遠超想像大量水分,顛覆「下部地函幾乎不含水」的傳統認知。
在岩漿洋凝固後,下部地函成為早期固體地函最大儲水層,新研究估計被鎖在地函的水含量極為驚人,儲水量可能高達先前模型預估 5~100 倍,相當於地表所有海洋水量總和。
此外,深埋地函的水並非靜止「庫存」,而是發揮潤滑作用降低地函岩石熔點和粘度,促進內部物質循環與板塊運動等重要地質過程,賦予地球持續演化活力。隨著時間推移,地殼板塊攪動與地函熱柱岩漿活動有助重新分配深層水,將大部分水帶回地表,參與形成原始大氣和海洋,可能是推動地球從岩漿煉獄轉變為適居星球的關鍵火種。
至今有些原始水可能仍存於地球深處,該研究也說明水是類地行星形成的自然副產品,而非主要依賴外來天體撞擊運送星際水。
新論文發表在《科學》(Science)期刊。
- How Earth’s mantle locked away vast amounts of water in early magma ocean
- Early Earth’s belly held onto its water
(首圖來源:AI 生成)






