大气向太空流失了多少水?

Question

直到最近，我一直有一个(错误的)印象，即地球上累积的水资源是有限的，因为我相信水从大气中逃逸是不可能的。我相信，与地球上的其他资源不同，水是不可能“浪费”的，因为任何废物都会在自然界中自我循环，即城市垃圾会经过处理，进入海洋，最终会蒸发并沉淀回大陆水域，以更新我们的供水。

最近，我知道我错了，有这样一种现象叫封存地球上的水资源总量确实有可能有所不同。

我很好奇，是否有衡量地球流失了多少水(或者在相反的情况下增加了多少水)的指标。此外，我们能做些什么来减少这种影响吗?

这篇文章说我们已经失去了四分之一的水，但我在寻找更详细的数据。

Answer 1

流失到太空的并不是真正的水，因为在高层大气中，水通常会分解成其他分子或离子。氧离子的流出经常被认为是行星大气中水分流失的代表。就地球的全球外流率而言，其速率从10美元^ {25}$来10美元^ {26}s ^ {1} $，视地磁活动而定(参考）.

在参考文献的海报(作者发给我的)上，我们可以看到:

如果我们假设氧气对应于水分损失(自我调节，Hunten和McElroy[1970])，那么氧气损失率为~10美元^ {25}s ^ {1} $对应~300$ \文本{g s} ^ {1} $水分流失。在太阳系的年龄(45亿年~$1.4 \乘以10^{17}$S)这个损失率给出$4.2 \乘以10^{19}$G水。

目前的损失数字相当于每天25,920升，或9,467升文本\ {m} ^ 3美元每年。这个数字的参考似乎是论文O+通过远尾等离子体片逸出，该研究使用了来自STEREO‐B(日地关系天文台)航天器。

这相当于地球历史上总共损失了42000年文本\{公里}^ 3美元的水，大约相当于海平面12厘米的变化。然而，这只是对当前速度的直接推断，因为他们承认，他们不知道如何模拟过去太阳较弱时地球磁层的行为。虽然，对于一个较弱的太阳，这将是合理的预期较小的损失。

这个值与的值完全不同你指的那篇文章。在这种情况下，他们用氢气的损失代替氧气的损失来代替水分的损失:

研究人员知道在过去40亿年里海洋中消失了多少氢，从而计算出自地球早期以来，海洋已经失去了大约四分之一的水。

他们说:

如今，大气中富含氧气，氧气与氢和氘反应生成水，水又回到地球表面。因此，地球上大量的水被保存在一个封闭的系统中，防止地球逐渐干涸。

这表明，现在限制水存在的因素是大气中氧气的丰度(尽管岩石中的氧气非常丰富)。所以现在用氧的损失来代替水的损失是有道理的，但在过去，在大气中充满氧气之前，也许氢的损失是一个更好的代表。

他们认为甲烷作用可以释放氢原子，使它们容易流失到太空中，但当它是水分子的一部分时，它是安全的。在过去大气中甲烷含量丰富(比现在多50 - 500)的时候，甲烷生成会更加普遍。

总而言之，关于地球历史上的实际失水量，似乎没有达成共识。不同的代理给出不同的值。一些代用指标可能代表地球过去的某些时期，但其他代用指标更能代表其他时期。不幸的是，我们还没有很好的重建整个地球历史上大气的组成和密度。

但我们有信心地知道，当你在读这个答案的时候，有一两升水流失到了太空中。

Answer 2

我不想告诉你坏消息，但我们不知道。由于氧是地球上质量最丰富的元素之一(不仅仅是地壳)，自由质子或氢原子(因为电子丰富)比氧更有可能成为水的限制因素，限制因素是100:1。当然，追踪氢是非常困难的，因为它在正常情况下会变成水……因此它是一个抗拒观察的代理。但是，除了可测量的碎片坠落之外，我们获得净氢的一种方法不是从任何化学的意思是，来自太阳和宇宙阵雨——中子，γ和μ子，质子。其中，热中子被氮-14很好地吸收，氮-14变成碳-14并释放出一个质子。这个质子肯定会遇到一个电子，很可能变成水，以蒸汽或沉淀的形式析出。当然，另一方面，牛仔裤会逸出，正好相反，它允许氢自然逸出。由于我们没有任何方法来标记这种活动，跟踪这些质子和氢……我们真的不能说我们是否失去或获得净水，或者仅仅是重新释放进入的质子。我们所知道的是，两个相反的过程同时发生，但我们不能确定是否存在重叠与否。2021年发表的研究指出，太阳风是地球水起源的重要组成部分。

Answer 3

水可能不会从地球的大气中流失;然而，大气中的“自由”水确实存在明显的损失。它已被生物(人类和动物)的增加所吸收，因此不像前几代人那样有充足的数量。这是一个简单而深刻的解释，解释了为什么干旱和缺水的地区比历史上任何已知时期都要多。