太古宙时期的“水世界”：早期地球的热地幔可能带来了广阔的全球海洋

　　在过去的5.41亿年里，地球的海平面一直保持相当稳定，但一项新研究表明，地球可能在40至32亿年前被一个巨大的全球海洋所覆盖。根据这项新研究，在40亿至32亿年前的早期太古宙时期，一个巨大的全球海洋可能已经覆盖了早期地球，这是拥有今天更热的地幔的副作用。

　　研究作者称，新的研究结果挑战了早先关于地球全球海洋规模随时间推移而保持不变的假设，并提供了关于其规模在整个地质时间内如何变化的线索。地球表面的大部分水存在于海洋中。但在地球内部深处有第二个水库，以氢气和氧气的形式附着在地幔的矿物上。

　　《AGU Advances》杂志刊登了一项新的研究，该杂志刊登了地球和空间科学领域的高影响力、开放性研究和评论，估计了今天地幔可能储存的水量以及过去可能储存的水量。

　　研究结果表明，由于早期地球今天更热，其地幔中的水可能较少，因为地幔矿物在较高温度下保持的水较少。假设目前地幔的质量是海洋质量的0.3-0.8倍以上，那么在早期的太古宙时期可能存在一个更大的表面海洋。当时，地幔的温度约为1900-3000开氏度，而今天的温度为1600-2600开氏度。

　　作者称，如果早期地球拥有今天更大的海洋，这可能会改变早期大气层的组成，并减少阳光被反射回太空的数量。这些因素会影响气候和支持地球上第一个生命的栖息地。

　　"有时很容易忘记，一个星球的深层内部实际上对表面发生的事情很重要，"哈佛大学的矿物物理学家、新研究的共同作者 Reecca Fischer说。"如果地幔只能容纳这么多的水，它就得去别的地方，所以在地表以下数千公里处发生的事情会有相当大的影响。"

　　在过去的5.41亿年里，地球的海平面一直保持相当稳定。然而，地球历史上更早时期的海平面更难估计，因为几乎没有什么证据能从太古宙时期幸存下来。在地质时间内，水可以通过板块构造从表层海洋向内部移动，但这种水流量的大小并不十分清楚。由于这种信息的缺乏，科学家们曾假设全球海洋大小在地质时间内保持不变。

　　在新的研究中，合著者、哈佛大学矿物物理学家董俊杰开发了一个模型，根据地球地幔的温度来估算地球地幔可能储存的水的总量。他结合了现有的关于不同的地幔矿物可以储存多少水的数据，并考虑了这23种矿物中哪些会在地球过去的不同深度和时间出现。然后，他和他的合著者将这些储存量的估计与地球冷却时地表海洋的体积联系起来。

　　没有参与这项研究的耶鲁大学地球物理学家Jun Korenaga表示，这是科学家们首次将地幔中储水的矿物物理学数据与海洋大小联系起来。"这种联系在过去从未被提出过，"他说。

　　董俊杰和Fischer指出，他们对地幔储水能力的估计带有很大的不确定性。例如，科学家们并不完全了解地幔中的主要矿物--桥曼石中能储存多少水。

　　新的发现阐明了全球海洋可能随着时间的推移而发生的变化，可以帮助科学家更好地了解地球和星球上的水循环，这对于了解生命可能在哪里进化很有价值。

　　“了解一些关于全球水预算演变的量化信息绝对是有用的，”没有参与这项研究的西北大学地震学家Suzan van der Lee说。“我认为这对于像我这样的细枝末节的地震学家来说很重要，他们对当前的地幔结构进行成像，并估计其含水量，但对于寻找含水系外行星和询问我们的水从哪里来的起源的人来说也很重要。”

　　董俊杰和Fischer现在正在使用同样的方法来计算火星内部可能存在多少水。“今天，火星看起来非常寒冷和干燥，”董俊杰说。“但很多地球化学和地貌学证据表明，早期的火星表面可能含有一些水--甚至是一个小海洋--所以人们对了解火星上的水循环很感兴趣。”