水是生命产生的基础，地球上的水来自何处一直是科学家希望了解的知识，过去一直认为是来自彗星等天体，所谓地球之水天上来的说法，但最新研究提示，地球之水可能是原始地球大气，氢气被氧化产生，也就是地球自身制造的水。这也再次强调了氢气是地球之水的源头，氢气制造了水，此后又助长了生命的产生，促进了生命的演化。氢气真是无处不在，无所不能！

在地球的众多谜团中，有两个对行星科学家来说特别令人困惑：水的来源，以及它的核心密度低于应有的密度，因为它主要由金属铁制成。Young 等1表明年轻的原始地球与其大气之间的相互作用可以一举解释两者，也可以解释地球地幔的氧化状态。

了解地球的组成首先需要解释行星是如何形成的——这个过程始于围绕恒星的巨大气态盘。虽然地球的大气层现在只是一个薄薄的外壳，但天文观测表明，像地球这样的岩石行星在早期就沐浴在气体中。2.这些观测表明，年轻恒星周围的行星形成盘大约99%由氢气和氦气组成，尘埃部分含有其他元素，如硅，碳和氧，占剩余的1%。

标准模型表明，气体驱动大尘埃颗粒聚集成山大小的固体，称为微行星3。接下来是形成原行星：这些是岩石行星的组成部分，形成地球的质量被认为大致介于月球和火星的质量之间（约占地球质量的1-10%）4.。太阳周围的气态盘在原行星形成后蒸发了几百万年5.。太阳系的行星随后通过这些原行星之间的一系列碰撞形成，这些原行星通过长程引力相互作用聚集在一起6,7.。

人们几十年来一直认为，地球的水来自富含水的小行星的撞击。8,9.Young及其同事认为，水可能有不同的起源。他们的模型的优势在于，它同时解释了为什么由于轻元素的结合，地球的铁核密度低于纯铁。作为额外奖励，该模型显示了氧化铁如何被纳入地球的硅酸盐地幔中，并且与其氧化态一致。

作者的想法是，至少有一颗地球原行星的增长速度比以前想象的要快。通过这样做，原行星积累了足够的质量 - 因此有足够的引力 - 在它仍处于熔融状态时保持大的氢大气（图1）。当原行星首次形成时，它们非常热，熔融表面覆盖着岩浆。一颗火星大小的小型原行星只有在有机会冷却和凝固的情况下才能阻止其大气层飞入太空。10.相比之下，质量超过地球0.2-0.3倍的原行星可以在凝固之前保持长寿的大气层，使这种大气层能够与岩浆海洋相互作用。1,10.

图1 |岩浆海洋与早期氢大气之间的相互作用。地球的原行星通常被认为具有火星或更小的质量6.a， 杨等.1提出一颗0.2-0.3地球质量的原行星，并且有足够的引力来保留与其表面的岩浆海洋相互作用的氢大气。氢气可能在岩浆凝固之前混合进入到地幔中，导致氧化铁的产生，并进入其金属核心。b，将氢掺入核心和大气中氢的氧化（由地幔中氧化物的蒸发触发）可能导致地球大部分水的产生。

通过修改地球最大的原行星和火星一样小的观点，Young等提出了一种方法，其中氢气可以在凝固之前混合到地球的地幔中，通过对流影响整个地球。这表明气态氢是导致地球核心密度低的轻元素。作者的计算也与地球地幔的氧化状态一致，以及来自圆盘的气体在形成时进入地球原行星的证据一致。11.

Young和同事的模型的一个有趣的含义是，地球的水可能是氢掺入金属铁和原始大气中氢氧化的副产品。这种氧化可能是由硅酸盐地幔与其氢气界面的部分蒸发引发的。

作者专注于一个测试案例，该测试案例涉及质量为地球质量0.2%的氢大气层，包裹着地球质量一半的原行星。除了匹配核心的密度和地幔的氧化态外，他们的计算还产生了一到三个“海洋”的水，其中一个海洋是地球表面的水量。12.虽然作者只模拟了这个原始地球，但它的水（和其他化学特征）在导致其生长的碰撞中被地球继承。

地球水来自小行星撞击的理论得到了以下事实的支持：地球水中的氢同位素与来自外小行星带的称为碳质球粒陨石的陨石几乎匹配。12.然而，2020 年发表的一项研究表明，与地球前体微行星最相似的陨石，称为顽火石球粒陨石，也与地球的氢同位素相匹配——并且含有比以前认为的更多的水13.

当包括锌和氮等元素时，地球挥发性成分（包括水）的同位素含量与简单的混合物一致，其中约70%的挥发物由顽火石 - 球粒陨石样材料制成，30%是碳质球粒陨石状材料14.但碳质球粒陨石的挥发性含量高于顽火石13，所以这种混合物将导致碳质球粒陨石仅占地球质量的大约5%。

Young及其同事的模型表明，水的同位素特征可能通过各种反应进化而来，包括通过氢气的氧化。15.在他们的设想中，大气来源的水将占假设来自顽火石球粒陨石的70%，这将要求水具有与这些球粒陨石相同的同位素含量。这似乎是一个宇宙巧合，但作者表明这种情况仍然是合理的。

Young及其同事的研究强调了大气与岩浆海洋在全球尺度上相互作用的潜在重要性。作者提出的事件顺序是如此直观，以至于人们可能会怀疑它是否实际上是通用的。如果作者的模型也可以应用于已知的系外行星，那么它就有希望被测试。

当然，值得记住的是，对于作者试图解决的每个问题，已经存在其他解决方案。顽火石球粒陨石本身有足够的水来解释地球的海洋，尽管它们起源于母体太小，无法在岩浆海洋上空拥有富含氢的大气层。12.尽管如此，Young及其同事模型的一个优势是它将所有三个问题联系在一起。

然而，作者模型的全面性可能被证明是一个弱点。例如，氢不是导致密度不足的轻元素的证据将损害模型，对长寿命岩浆海洋所需的临界原行星质量的修订也是如此。尽管存在这些不确定性，但作者已经证明，岩浆海洋和大气之间的早期相互作用代表了未来地球如何形成的模型的关键因素。

Earth’s molten youth had long-lasting consequences (nature.com)