极不寻常的“物质演化史”，就藏在你面前的水杯里......

很多时候，我们会好奇，到底是因为什么，我们的地球才会变得如此美丽动人？

要是不带任何感情地回答这个问题，那么答案就是——分子。

地球形成之初，丰富的氧元素与硅元素就已经迫不及待结合在一起，以二氧化硅的形式构成了地球的主体，如今我们称之为岩石。然而，由于此时的地球还处在极度的高温之下，即便是岩石也因此被烤化，整个地球就如同一块巨大的熔岩球。于是，那些比岩石更重的金属沉到了地球的中心，成为如今被称为地核的结构体。而在地球的表面，熔岩还在肆虐，炽热的气体不断产生，与原始的氢气等物质一起，构成了地球的大气层。

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当我们抬头瞩目明亮的金星和赤红的火星，或是在望远镜里遥望木星的大红斑时，不由会觉得，它们美得简直让人窒息。然而，若我们有一天能够走近这些行星，一定会有完全相反的感受。在这些行星的表面，只有恶劣的大气环境和贫瘠的地面——甚至在木星这样的气态行星上，我们似乎连大气和地面的分界线都找不到。

单调，是这些行星的共同特征。实际上，我们有理由相信，即便是在太阳系外，绝大多数行星也都会是相似的模样。

早期的地球大概也是如此，如今却到处都是生机勃勃的景象，其中也包括我们人类在此繁衍生息。换言之，各种各样的生灵，都依赖地球独特的环境生存。

面对此情此景，人们猜测，地球最初就好比一个大熔炉，不同的物质在合适的介质中不断碰撞，终于产生丰富的分子种类，提供生命起源最初的原料。

而在这个过程中，最重要的介质就是水。

水是一种神奇的物质，以至于泰勒斯最初将它作为物质的唯一起源。泰勒斯并没有错得很离谱，对于地球而言，很多分子的起源确实有赖于水。

通常物质存在三种状态：固态、液态和气态。几乎没有任何竞争的选项，人类以水作为标准物质设置了最通用的温度标定方式——在摄氏度的规定中，以标准大气压下水的凝固点为 0 零摄氏度，同时以水沸腾时的温度为 100 摄氏度，平均切分 100 份，就可以得到每一摄氏度。不过，在科学上，温度存在理论上的最低值，大约是零下 273.15 摄氏度，如果以此为零点进行规定，便是开尔文温度。尽管如此，开尔文温度的每一个区间，和通用的摄氏度区间并无差别，在生活中，使用摄氏度的场景显然也更多。

以水温划分温度并不意外，因为它是地球上最常见的液体物质，并且我们也很容易看到它的气态或固态形式。相比之下，如果我们想要看到铜熔化为液态的铜水，就需要加热到 1084.62 摄氏度。这是一个非常高的温度，至少对于古人来说，仅仅靠燃烧木柴实在难以企及，这也就不难理解，历史上人类为什么不能很容易地掌握炼铜技术。更具特色的是，和类似的物质相比，水在地球上保持液态的区间实在是大得出奇。

比如地球上另一种常见的分子二氧化碳，它在气温低于零下 78 摄氏度时会成为固态，固态的二氧化碳为白色，形似冰雪，故称干冰。而当外界温度高于这个温度数值的时候，它甚至不会先熔化变成液态，而是直接气化变成气态，成为我们空气中普遍存在的二氧化碳气体。也就是说，液态二氧化碳在地球上存在的温度区间是零，只有改变气压，才有可能制造出它。例如，把二氧化碳压缩成液体后使它膨胀，即可制得干冰。

二氧化碳或许是个极端的例子，但是其他一些分子，如甲烷分子（CH4），它由一个碳原子与四个氢原子构成。它从固态变成液态再到气态，只有 21 摄氏度的区间；氨分子由一个氮原子与三个氢原子构成，它的区间是 44 摄氏度；二氧化硫中有两个氧原子和一个硫原子，它的区间是 56 摄氏度……这些分子的元素组成都很简单，它们和水还有二氧化碳一样，都是地球形成初期的大气层中就已经存在的物质。

可见，在太阳系形成初期，地表上流淌的这些初始原料中，水分子维持液态的能力最强。得益于地球与太阳之间恰当的距离，这颗星球表面大部分地区的温度，在大部分时间里都可以保持在0~100摄氏度之间。这也就意味着，地球上可以出现很大体量的水世界，它们不断地融合交汇，形成大大小小的系统——如今我们称之为江河湖海。

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尽管现代科学还不能完美地解释生命的起源过程，但是液态水的存在和能量的供给，毫无疑问是最重要的两大基础要素。直到地球上出现生命以后，才出现了更多液态区间很大的物质——乙醇，也就是酒精，它的液态区间将近 200 摄氏度，至于各类植物油，甚至普遍可以超过 200 摄氏度。

只不过，如果没有最初的液态水，又何来生命，何来乙醇或油脂这样的分子呢？

如今，当我们从水龙头下接上一碗水时，或许并不会在意这碗水中的水分子，更难得去猜测除了水分子以外还有些什么物质。然而，这碗平平无奇的水，还有其中所谓的杂质，却书写了极不寻常的物质演化史。

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严格来说，我们现在看到的这些水分子，和 46 亿年前地球刚刚形成时的那些分子并不是同一批，但它们却有着千丝万缕的联系。

大量的水分子聚集在一起，它们就会玩起丢沙包的游戏——沙包便是水分子中的氢原子。液态水中的两个分子靠得很近时，它们就会交换各自的氢原子，速度快到令人目不暇接。

实际上，很多时候，在一杯水中随便指定一个氢原子，我们甚至很难确定它到底属于周围的哪一个水分子。正是因为氢原子处于不断交换的状态，水分子才有了异乎寻常的活跃属性。无论处于多么平静的水面之下，水分子之间都如同一群剑拔弩张的仇敌，在不停地抢夺氢原子，它们将分子的游戏推向高潮。

当它们流经岩石之时，活跃的水分子会萃取出其中的矿物质，包括钠、钾、钙、镁以及氯、磷在内的各种元素离开岩石，转而在水中富集。这个过程直到今天也没有停歇，雨水冲刷着世界各地的山体和土壤，然后带着这些矿物质，一路奔流到海，于是海水中的矿物质就越来越多。

不只是岩石，地球早期大气层中的成分同样也会被水吸收，氨气与水的亲和力惊人，海水中因此拥有了大量的氮元素。不断喷发的火山不断释放出二氧化硫与二氧化碳，又为海水提供了丰富的硫元素和碳元素。

总之，当水覆盖地表大部分面积之时，它其实早已成为“浓汤”，其中混合了各式各样的元素，其复杂程度远甚于我们从水龙头下接的这碗水。

地球诞生之初的这锅浓汤里，可以熬出越来越复杂的物质。另一方面，包括小行星和彗星在内的天外来客们也像调料包一样，朝着地球这口锅中撒下更多的汤料。事实上，很多人还坚持认为，地球生命的源头，也许就来自这些太阳系中游荡的小天体。对此，人类也从未停止过对它们的探索，试图为生命在物质世界中的诞生找到更完整的解释。

来源：原点阅读