用了40多亿年，地球上的水变少了吗？一块石头告诉科学家答案

水是支撑人类和其他生物生存的关键要素。我们需要水来饮用、生产食物、清洁和工业等各种用途，如果没有水，地球上的生命将无法存在。但是，随着全球人口的增长和经济的发展，对水资源的需求越来越大，导致水资源短缺问题日益突出。

根据联合国的数据，全球每年有超过2亿人无法获得干净的饮用水。而且这个数字还在随着时间不断增加。同时，一些地区已经面临了水资源枯竭的威胁，例如北非和中东地区。根据研究，一些地区的地下水储量正在迅速减少，以前挖两米就有水的地方，现在可能至少要挖十米才行。而一些河流和湖泊也面临着过度开发和污染的问题。如果这种趋势持续下去，那么地球上的淡水资源将会在未来几十年内面临极大的压力和短缺。

看起来这就像是大家抢着吃一个蛋糕，结果最后都吃完了，只剩下一块小小的蛋糕屑。照这个意思，地球上以前的淡水比现在更多，只是用了40多亿年后逐渐变少，事实真是如此吗？科学家们通过岩石测年的方法，从一块石头上找到了答案。

科学家们是怎么知道岩石年龄的？

岩石测年是一种用来测定岩石年龄的技术，在地质学和考古学中具有重要的应用价值。这种技术的原理是基于放射性元素的衰变。

放射性元素是指具有放射性的元素，它们的核内含有过多的质子或中子，导致核能量不稳定，会自发地放射出粒子或电磁波，最终转化为稳定的核。放射性元素会以一定的速率衰变，这个速率是通过半衰期来描述的，所谓半衰期是指放射性元素衰变到其初始数量的一半所需的时间。例如，铀-238的半衰期为44.5亿年，钾-40的半衰期为13.1亿年。最神奇的是，科学家们发现半衰期是固定不变的，因此我们就可以通过建立“同位素时钟”，来计算研究对象的形成年龄。

在地球形成时，地球上的岩石中含有各种放射性元素，例如铀、钾、钍等。这些放射性元素在岩石中发生衰变，产生不同的稳定同位素和放射性同位素，不同的同位素具有不同的半衰期。放射性同位素测年法的基本原理就是测量岩石中放射性同位素的衰变速率，并根据其半衰期计算出岩石的年龄。放射性同位素测年法的具体方法有多种，其中最常见的是铀-铅（U-Pb）测年法。

铀-铅测年法是通过测量岩石中铀和铅的含量，以及铀-238和铀-235的比值，来计算岩石的年龄。铀-238和铀-235分别具有不同的半衰期，因此它们的比值会随时间而变化。铀-238的半衰期为44.5亿年，铀-235的半衰期为7.1亿年。通过比较岩石中铀和铅的含量，以及铀-238和铀-235的比值，可以计算出岩石的年龄。铀-铅测年法可测定距今100万到45亿年前物体，可以说是精度最高的测年法之一。

根据铀-铅测年法，科学家们发现世界上最古老的岩石就是在加拿大阿卡斯塔河小岛发现的“阿卡司塔片麻岩”。

阿卡司塔片麻岩

阿卡司塔片麻岩属于片麻岩的一种，是一种具有良好层理结构的变质岩石。它的主要成分是长石、石英和云母，其中长石和石英的含量较高，云母的含量较低，且云母呈片状分布于岩石中。阿卡司塔片麻岩具有非常高的变质程度，其原始岩石可能是一种火成岩或沉积岩，在地质过程中经历了高温高压的变化，形成了目前的岩石。

经过铀-铅测年法的测试，科学家们发现它已经存在40亿年，只比地球年轻6亿岁。仔细观察会发现这种片麻岩上有一些类似细细的纹路，这其实是因为它形成时在海底。而后来的氢氧元素的同位素追踪法也证明了这一点。

这意味着在40亿年前，它曾被海洋覆盖，后来才暴露在陆地上。科学家们据此认为：早期地球的海洋体积比现在大26%，地球上的水在40亿年间变少。水去哪儿了？地球上的水又是从哪儿来的？

地球之水从哪儿来？

一种常见的假说是地球本身就自带水。

在地球的地幔中也存在大量的水，这些水以分子形式存在于矿物中。通过地球岩石圈的构造运动，如火山喷发和板块运动等，从地幔向地表输送。据了解，地球形成于约46亿年前，当时地球表面非常炽热，水蒸气和其他气体会从地球内部挥发出来，这就形成了地球的原始大气层和海洋。

此外还有一种说法是地球之水天上来。在地球形成之后，曾有一些小行星和彗星撞击了地球彗星的表面含有大量的冰和水，科学家们通过对彗星的研究，发现彗星表面的水含量很高，甚至可能占据彗星整个体积的70%以上,这是彗星形成时留下的遗产。

以现代眼光来看，水的来源可能是这两种方式的结合。但我们都知道，即使人类喝掉水，谁也不会消失，它会通过各种方式回到自然，也就是我们常说的水循环。

神奇的水循环

水循环是地球上维持生命和维持气候的关键过程之一，它通过不同的自然过程将水分子从一个地方转移到另一个地方，同时将水分子从液态、气态和固态之间转换。以人类喝掉的水为例，我们的身体通过出汗、排泄等方式将水从身体里排出。随着接触空气，这些水分会逐渐蒸发。水蒸气在大气中上升后冷却，形成云层。云层中的水蒸气不断凝结，形成水滴或冰晶，最终落下地面，又成了液态的水。

这个道理跟自然界的水循环一样，降水通过河流去往大海。大海的广阔水面时刻都在蒸发形成水蒸气，最后又形成降水回到陆地。因此整体而言，地球的水量其实是恒定不变的，但水的总量还是不可避免的减少了。

地球在诞生之初含有大量的氢原子和氧原子，我们的水就是二者通过共价键结合组成的。而且在紫外线的作用下，水分子也很容易被分解为氧原子和氢原子。相比于氧原子，氢原子的质量更轻，当时大气层还很薄的情况下很容易就能逃出地球。这种情况直到26亿年前蓝藻诞生后才得到改善。

蓝藻通过光合作用的过程，将二氧化碳和水转化为有机物和氧气。这些有机物在蓝藻的死亡和腐烂过程中，被埋在地下，形成了石油、天然气等化石燃料。而释放出来的氧气则逐渐积累在大气层中，形成了现在地球大气层中的氧气成分。逃逸的氢原子会与氧分子结合形成水分子，最终凝结成云和雨，为地球提供水资源，地球的水分才终于稳定下来。

结语

阿卡司塔片麻岩告诉我们，早期的地球比现在含有更多的水分。然而，由于原始大气层过于稀薄，导致其中很大一部分水分子逃逸到了太空。直到26亿年前，生命诞生后，水循环系统才得到改善。

水是地球上最重要的资源之一，也是维系生命和延续文明最基本的需要。然而，现代社会的快速发展和人口增长，加剧了对水资源的需求和压力。同时，气候变化、环境污染等因素也对水资源的质量和可持续性带来了威胁。

保护水资源是人类共同的责任。我们需要意识到水资源的珍贵和重要性，共同努力，为保护和管理水资源尽一份力量。只有这样，我们才能确保水资源的可持续利用和可持续发展，为人类的未来提供稳定的水资源保障。