海洋是如何以及为什么在地球上形成，而在其他星球上却没有?

Question

地球是太阳系中唯一一个有大量水的行星。这些水是从哪里来的，为什么地球上的水比太阳系里的其他行星都多?

Answer 1

你认为太阳系其他地方没有很多水的假设是不正确的。根据这篇文章在NASA的网站上;

近年来的任务已经推翻了我们关于太阳系干燥的看法，从大量地点返回了大量的证据，证明太阳系有充足的水。

来自太阳系偏远角落的彗星是由水和其他冰构成的。轨道飞行器、着陆器和漫游者揭示了火星在遥远的过去是一个水世界——一个今天可能包含整个地下冻结水海洋的世界。

它还指出

木星的卫星木卫二有一层冰冻的水外壳，覆盖着厚厚的全球海洋。根据目前的估计，它的水量是地球上所有海洋和河流的两倍!

认为太阳系的其他地方没有很多水的看法可能是由于地球处于一个“适居带”水能同时存在于三种状态的地方在地表这个星球的。太阳系中其他行星的温度要么太高，以至于它只能以蒸汽相存在，要么太低，以至于它只能以表面的冰或下面的液体的形式存在。

Answer 2

当地球从吸积盘中聚集起来时，水已经存在了。火山持续的排气将水转移到充满水的大气中。雨水将水转移到地表。

与其他行星和较小的太阳系物体相比，地球有很大的优势。它足够大，可以阻止水分子离开引力场，而且它有一个磁场，可以防止大气侵蚀(维基百科)。这是因为地球的外核是液态的(移动的带电液体=磁场)。火星上很可能有海洋，直到它的外核凝固得太厉害，导致对流停止。在磁场消失后，几百万年的太阳辐射清除了所有的大气和海洋。

Answer 3

要认识到的一个重要问题是，正如托拜厄斯已经说过的，水在原太阳盘中一定非常丰富。为了进一步阐述这个问题，我想简要地介绍一下我们在日冕中测量的原子丰度，这是由维基共享资源的图表提供的:

(附注:这些丰度与修订后的数据相比很好Asplund2009丰度)
我们认为这些数字代表了太阳的体积组成，因为太阳从4.567 Gyrs开始只燃烧氦。因此，这种成分通常被认为是原始的，或者太阳系开始时的成分。

现在让我们想象一下，这种原子混合物在年轻的类地行星周围聚集，并把注意力集中在最丰富的元素H、He、C、N和o上。在一个被紫外线屏蔽的厚行星层中，平衡化学将发生。然后会形成大量的$H_2$， He会保持惰性，C, N, O会尝试与氢反应，仅仅是因为与氢反应的次数要比在CNO基团内多得多。一些CO会形成，因为这是一个非常稳定的分子。但随着C的消耗，我们的原太阳星云的C/O约为0.5美元，仍然有大量的氧。因此，它将不可避免地结合为$H_2O$。

结果是，我们期望有很多在形成行星的圆盘周围有水。

然而，在这个时期之后，水的逃逸或毁灭显然也是非常有效的，其他答案也涉及到水在地球上的保留。所以事实上，天文学家现在很想知道"水都去哪儿了?"

Answer 4

海洋做了在其他岩质行星上形成——至少是金星和火星，此外，还有木星和土星的许多卫星。

问题是另外两个地球人uberplanets“谁有海洋——即前面提到的金星和火星——他们失去了它们，但方式截然不同。

综合迄今为止最好的理论和证据，在金星上发生的事情似乎是，由于自然主序恒星演化，太阳逐渐变热，这颗行星基本上离开了宜居带。海洋蒸发，消失在太空中。其原理是，随着地球变暖，大气中的水蒸气含量增加，其中一些蒸汽上升到大气的顶部。在顶部，紫外线通量开始分解(光解)水分子，释放氢，然后很容易逃逸，因为它的重力电离能量很低(金星的逃逸速度为10.36公里/秒，类似于地球剥离速度)$ \ mathrm {H} _2美元一个分子，质量约3.4 yg，成本0.18 aJ或1.1 eV，可以很容易地由光子、恒星风或其他因素提供。剥离新生的[单原子]氢，如果这可以在没有分子化的情况下发生，需要一半的时间。)最终的结果是在非常高的压力下形成一个富氧的大气(几乎是纯氧)，尽管与下面岩石的化学反应可能会带走一些氧气。

但正如你可能注意到的，目前的大气主要是二氧化碳，表面温度非常高，因此，虽然上述说法相当合理，但人们一定想知道这种大气是如何形成的。事情是这样的。就像地球一样，金星可能在其历史早期有海洋时也有板块构造。海水似乎是至少在地球大小附近的行星上板块构造活动的必要组成部分，起着某种“润滑剂”的作用，没有它，板块构造就无法运作。因此，一旦水从金星上蒸发，它的任何构造都将停止。

板块构造的停止，虽然对外行来说似乎不算什么(那又怎样?大陆停止移动，地震就不会发生了?灾难性的对于这种行星来说。你看，板块构造学不仅仅是移动大陆、山脉和地震。最重要的是什么最重要的是是作为一种“释放阀”，释放地球内部产生的热量，这是由于原始放射性核素与地幔岩石混合衰变的结果(主要是$ ^ {238} \ mathrm{你}$)．这是因为，在扩散区，热的地幔物质渗出(冰岛是一个很好的例子，这个过程恰好露出水面，可以用肉眼看到——如果你太穷而无法旅行，可以在youtube上观看)，在俯冲区，火山产生了，就像地球上的环太平洋火山带。释放的物质将热量传递到大气中，最终辐射到太空中，从而释放出内部热量。如果没有这一过程，热量的散发效率就会大大降低——基本上只能通过地面传导，这是很可怕的。

因此，一旦你失去了构造，放射性热量开始在内部积聚，地幔温度开始大幅上升。当这一切开始时，总有一些东西要放弃。“给出”的是什么还不是很清楚，但似乎要么是构造运动在“短”时间内“猛烈地”重新启动，要么是开始了广泛的玄武岩洪水爆发，要么是两者的某种结合。在任何情况下,结果是一个快速,规模地质当然,实际上大约1亿年——“全球重修的事件”导致或总俯冲的组合/ reemplacement古老的地壳(因此这是一个相当快的速度比地球上的构造运动——回收所有超过100最高产量研究地壳板块运动需要的20厘米/年,最快的板块运动(印度)在最近的时间只有大约4 - 6厘米/年),或者它在类似于西伯利亚地陷的水流中逐渐埋藏，可能来自多个喷口源，延伸了足够长的时间，至少覆盖了所有低洼地区。在这两种情况下，火山气体(主要包括二氧化碳)会广泛释放，并迅速将大气转变为我们今天在地球上看到的“失控的温室气体”状态。金星上的最后一个GRE是在大约500 Ma的时候完成的，在那之前可能还有更多的GRE，直到它最后一次有海洋的时候，现在的厚度可能是这样一系列事件的结果，而不是仅仅一次。

另一方面，火星上的海洋似乎已经悄然消亡。在这种情况下，主要的问题似乎是这颗行星太小了，其原因不是太阳内部变化的结果，而是内部变化的结果。由于体积小，质量也就小，所以核心内部的原始热量就少了，维持内部温度的放射性核素也少了。它的内部会冷却到铁内核完全冻结的程度，这就关闭了行星的磁发电机，我们知道这在过去是存在的，这要归功于今天地壳中仍然有一小块“石化”的磁化区域，这是由于丰富的可磁化铁矿物。

这是一个问题，因为类地行星上的磁场的作用是使太阳风偏离大气层。如果没有它，风就会直接撞击大气，开始“噼里啪啦”，或者把它吹走。因此，火星在彗星尾巴的作用下失去了大气层，由于由此产生的压力下降，海洋也随之消失了。剩下的是少量的重二氧化碳(因此很难去除)。没有产生失控的温室，因为内部的热情况正好相反——它不是过热，而是在冷却。

一般来说，只要形成行星的物质——即恒星的原行星层——有相当数量的水，就像通常的情况一样，由于化学分化过程导致表面水库的积累，行星就会形成海洋。事实上，在许多情况下，它们可以形成很多更多的我们通过观测太阳系外行星系统所看到的海洋，这些行星可能有数百公里厚的“海洋”层(从技术上讲，这只会是液体海洋在这一点上，压力变得足够高[尽管精确的深度取决于当地的重力]，通过压缩来冻结水[压力约为1gpa，相比之下，地球上的马里亚纳群岛，在10公里深处约为100mpa]，而该点以下的其余层是各种高压冰相)，因此没有裸露的土地。这完全取决于形成它的物质的含水量，而这是相当可变的。

(实际上，人们可以把木星和土星的某些卫星看作是太阳系中这种行星组成的例子，只是尺寸小得多，因为太阳系外的例子是在一个地球质量的北面。)6000美元\ \ mathrm {Yg} $)．)

Answer 5

在地球形成之前，水实际上是不存在的，这是肯定的。

天文学家意识到有两种现成的来源:彗星和小行星，即散落在行星巨石中的太阳系砾石。两者之间的主要区别是，彗星通常有更高浓度的成分，这些成分在加热时蒸发，这就是它们标志性的气态尾部的原因。彗星和小行星都可能含有冰。如果通过与地球碰撞，它们增加了一些科学家怀疑的物质数量，这些天体很容易就能带来相当于海洋的水。因此，每个人都被认为是这个谜团的嫌疑人。

在两者之间做出判断是一项挑战，多年来，科学判断一直在两者之间摇摆。然而，最近对它们的化学组成的观察正在向小行星倾斜。例如，研究人员去年报告称，小行星中不同形式的氢的比例似乎与我们在地球上发现的氢的比例更匹配。但这些分析是基于有限的样本，这意味着我们很有可能还没有听到最终的结果