早期地球的高温地幔可能导致了太古代的“水世界”

根据一项新的研究，在4至32亿年前的太古代时代中，广阔的全球海洋可能覆盖了地球早期，这是其地幔比今天更热的副作用。

该研究的作者说，新发现挑战了早先的假设，即地球全球海洋的大小会随着时间的推移保持不变，并为地球的大小在整个地质时间内可能发生变化提供了线索。

地球的大部分地表水存在于海洋中。但是，在地球内部深处还有第二个水库，以氢和氧的形式附着在地幔中的矿物质上。

AGU Advances的一项新研究发表了具有影响力的，开放获取的研究报告和有关地球和太空科学的评论，估计了地幔今天可能容纳多少水，以及过去可能储存了多少水。

这些发现表明，由于地球早期比今天更热，其地幔中的水可能较少，因为地幔中的矿物质在较高的温度下会保留较少的水。假设地幔目前的质量是海洋质量的0.3-0.8倍以上，那么早太古宙时期可能存在较大的表层海洋。当时，地幔约为1,900-3,000开氏度（2,960-4,940华氏度），而今天的地幔为1,600-2,600开氏度（2,420-4,220华氏度）。

这组作者说，如果地球早期的海洋比今天更大，那可能会改变早期大气的成分，并减少反射回太空的阳光数量。这些因素会影响支持地球上第一生命的气候和栖息地。

哈佛大学矿物物理学家丽贝卡·菲舍尔（Rebecca Fischer）说：“有时候，人们很容易忘记，行星的深层内部实际上对地表的变化很重要。” “如果地幔只能容纳这么多的水，那么它就必须去别的地方，因此，在地表以下数千公里内发生的事情可能会产生很大的影响。”

在过去的5.41亿年中，地球的海平面一直保持相当稳定。但是，由于太古代以来尚无证据支持，因此，要估算地球历史早期的海平面更具挑战性。在地质时期内，水可以通过板块构造从表层海洋流到内部，但是人们对水通量的大小尚不十分了解。由于缺乏信息，科学家们假设全球海洋大小在地质时间内一直保持不变。

在这项新研究中，合著者是哈佛大学矿物物理学家董俊杰，他开发了一个模型，可以根据其温度估算地幔可能储存的水总量。他结合了有关不同地幔矿物可以存储多少水的现有数据，并考虑了这23种矿物中的哪一种将发生在地球过去的不同深度和时间。然后，他和他的合著者将这些储藏量估计值与地球冷却时的表层海洋体积联系起来。

没有参与这项研究的耶鲁大学地球物理学家Jun Korenaga说，这是科学家们第一次将地幔中储水的矿物物理数据与海洋大小联系起来。他说：“这种联系过去从未被提出过。”

Dong和Fischer指出，他们对地幔储水量的估计存在很多不确定性。例如，科学家并不完全了解在地幔中的主要矿物质布里奇锰矿中可以储存多少水。

新发现揭示了全球海洋可能随着时间变化的情况，可以帮助科学家更好地了解地球和其他行星上的水循环，这对于了解生命在何处进化具有重要价值。

西北大学地震学家苏赞·范德·李（Suzan van der Lee）说：“了解有关全球水预算演变的定量信息绝对有用。” “我认为这对于像我这样的坚韧不拔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算其含水量，但是对于人们寻找含水系外行星并询问我们水来自何处的起源也很重要。 。”

Dong和Fischer现在正在使用相同的方法来计算火星内部可能容纳的水量。

董说：“今天，火星看起来非常寒冷干燥。” “但是许多地球化学和地貌证据表明，火星早期可能在地表甚至是小海洋中都含有一些水，因此人们对理解火星上的水循环非常感兴趣。”