一项由新墨西哥大学研究人员开展的最新研究为地球生命之源提供了全新的解释。该发现表明，地球上的水可能并非完全依赖彗星或陨石等外部来源输送，而是通过行星自身的形成过程在内部高温大气中直接反应生成。这一机制不仅改写了我们对地球水资源起源的认知，还暗示宇宙中的其他岩石行星或许也能通过类似过程产生水，从而使宜居世界的数量可能比以往想象的更为普遍。
该研究由该校地球与行星科学系的博士研究生苏斯米塔·加赖（Susmita Garai）、教授兼系主任扎卡里·夏普（Zachary Sharp）以及彼得·奥尔森（Peter Olson）共同领导。研究团队通过在实验室中重现地球形成初期的极端条件，探索了富含铁的岩石在极高温度下与氢气发生反应的具体机制。
夏普教授解释道：“以往关于地球水源的假说多依赖于外部来源，例如彗星或陨石。而在此次研究中，我们证明了几乎任何地球大小的行星都应该能够通过这种新发现的机制自然产生水。为了评估‘卵石雨’作为水源的可能性，我们需要设计并执行极具挑战性的高温实验。加赖博士的努力取得了丰硕成果，她发现在早期地球的高温大气环境中，水仅需几分钟便可合成。”
地球水起源的新解释
几十年来，科学界一直在争论地球上的水究竟从何而来。其中一个主流理论认为，地球上的大部分水是由来自太阳系外围寒冷区域的富冰物质输送而来的。根据这一假说，包括小型富冰卵石在内的含水天体向内迁移，最终汇聚成了地球的水库。然而，研究人员一直难以圆满解释这些物质如何能从如此遥远的距离大量抵达地球，且该输送过程是否符合地球的化学成分特征仍存在未解之谜。
这项新研究则探讨了一条不同的水生成路径。水可能并非以冰或其他物质的形式直接携带到达，而是通过构成地球的岩石成分与其周围气体的化学反应直接产生。
在地球演化的初期，无数的小块岩石逐渐聚合形成更大的星体，科学家将这一生长过程称为“卵石堆积”（pebble accretion）。随着地球质量的增加，它可能积累了一个富含大量氢气的致密大气层，当时的温度和压力远高于现代地球。
在这些极端条件下，穿过大气层下落的岩石卵石可能会引发显著的化学反应。周围气体中的氢气与硅酸盐岩石内部的氧化铁发生反应，将氧化铁还原为金属铁，同时释放出大量水蒸气。
实验揭示水可在数分钟内生成
为了验证该过程是否切实可行，研究人员将硅酸盐岩石样品暴露于 1,200 至 1,400 摄氏度的高温环境中。实验采用通入流动氢气的方式进行，并使用氦气作为对照组进行重复测试。每项实验的持续时间在 15 分钟到 3 小时之间。
实验结果为该化学反应在极端条件下的可行性提供了强有力的证据。当岩石在氢气环境中被加热时，近 80% 的氧化铁转化为金属铁，并在反应过程中生成了水蒸气。相比之下，当使用氦气替代氢气时，研究人员并未观察到相同的反应，这证实了氢气在水生成过程中起到了至关重要的作用。
该反应的速度和规模尤为惊人。尽管科学家预料到会有水生成，但结果表明该过程的产水效率远超预期。当他们将实验数据外推至早期地球的真实环境时，计算结果显示，该机制可能已经产生了相当于数百个海洋的水量。
夏普表示：“我们曾怀疑并希望在还原实验中产出金属铁和水，但当时无法预知反应的速度和产量。而当我们把研究结果进行外推时，惊奇地发现这可能会产生数百个海洋的水，这着实令我们感到意外。当我们凝视广袤的水体时，很难想象这些水可能在 45 亿年前宛如地狱般的大气环境中被合成出来，但事实极有可能是这样的。”
地球炽热的初创期助力海洋形成
这些研究结果表明，地球形成时期的物理环境可能积极地为其水资源奠定了基础。处于生长阶段的年轻地球或许并不完全依赖于从太阳系其他地方运送的水分，而是自带通过自身化学反应制造水的原料。
这一发现的科学意义远超地球本身。如果围绕其他恒星运行的岩石行星在形成过程中同样发展出如此炽热且富含氢气的大气层，它们在汇聚岩石物质的同时也可能产生大量的水分。这一可能性对于理解水在全宇宙中的普遍分布具有重要意义——如果水可以在地球大小的行星形成过程中自然产生，那么获取水源或许并不一定依赖于遥远星系边缘富冰天体的精准投递。
其他类地行星能否自制水源？
该研究也进一步提升了科学界对“卵石堆积”作为行星形成理论的关注。尽管这一概念出现的时间相对较近（仅过去十年左右），但它已经帮助科学家解决了几项长期困扰行星演化研究的难题。
夏普指出：“卵石堆积的概念仍相对年轻，但它似乎解决了现有行星形成范式中的许多问题。现在我们看到，它还能解释为什么我们的地球是宜居的。由此推论，有理由相信环绕其他恒星的类地天体也可能拥有水，甚至可能孕育生命。”
当然，仍有一些关键的不确定性亟待解决。尽管实验表明，当岩石暴露于类似早期地球环境的氢气中时能够生成水，但这并不意味着我们星球现今的所有水分都完全源于此机制。未来的深入研究仍需评估这一内源性机制与彗星、陨石等外源输入水之间各自的贡献比例。
尽管如此，该研究揭示了一个在数十亿年前塑造地球的潜在关键过程，并暗示制造水的能力可能是岩石行星自身诞生过程中的一项内在属性，这为人类探索太阳系之外的水乃至生命存在的可能性开辟了崭新的道路。