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水被称为“生命之源” 。 早在40多亿年前 ， 水就在地球上大量存在了 。 那么 ， 地球的水用了40多亿年 ， 变少了吗？
地球并不是一个完全封闭的系统 ， 地球的引力也不是想象中的那么强大 ， 在地球的大气层中 ， 尽管地球可以凭借引力束缚住像氧、氮这样的较重元素 ， 也可以束缚住水分子 ， 但对于大气层中的像氢、氦这样的非常轻的元素 ， 地球的引力就无法对其形成有效的束缚 。
水分子就是由氢和氧通过共价键结合而成的 ， 所以假如有某种机制能够将水分子分解成氢和氧 ， 就很可能会出现“氢逃逸、氧留下”这样的情况 ， 如果这种情况真的发生了 ， 那就意味着地球上的水变少了 。
这样的机制在地球上是存在的 ， 比如说太阳光中的短波辐射就可以破坏掉水分子内部的共价键 ， 从而将其分解成氢和氧 ， 这也被称为“光解” 。
实际上 ， 当地球大气层中的水蒸气扩散到高层大气时 ， 就可能被太阳光“光解”成氢和氧 ， 在此之后 ， 氢就可能会因为密度较小而不断上升 ， 最终从大气顶层逃逸 。
在地球引力的作用下 ， 大气层中的绝大部分水蒸气都不会扩散到高层大气 ， 根据科学家的计算 ， 每年大概只有9.5万吨的氢从地球的大气顶层逃逸 。
这种数量与地球上的水量比起来 ， 可以说是微乎其微 ， 也就是说 ， 地球上的水因为这种原因而出现的损失并不多 ， 另一方面 ， 地球在宇宙空间中运行时 ， 会捕获到一些游离氢 ， 同时还有一些小天体还会给地球带来一些水 ， 这足以弥补地球上因为“光解”而损失的水 。
然而地球上的水还可能因为另外的机制而变少 ， 例如当海洋中的海水通过海底岩石的缝隙渗入地下深处的时候 ， 就可能会与高温岩浆以及其中的结晶基岩发生一系列的反应 ， 进而将水分子分解成氢和氧 ， 科学家将其称为“产甲烷过程”：
需要注意的是 ， 上图所示的只是“产甲烷过程”的净效应 ， 其具体过程需要涉及专业的地球化学知识 ， 这里我们就不展开了 。 简单来讲就是 ， 这一系列反应能够把海水中的一部分水分子分解成氢气和氧气 ， 这些气体会上升到海洋表面 ， 然后进入地球大气层 。
现代地球的大气层中氧含量非常丰富 ， 因此这些氢气中的绝大部分都会在低层的大气中就被重新氧化成水 ， 而不会从地球的大气顶层逃逸 ， 然而地球大气层并不是一直都是像现在这样充满氧气的 ， 实际上 ， 在大约26亿年前的“大氧化事件”发生之前 ， 地球大气层中的氧气含量非常低 。
也就是说 ， 在地球大气中还没有足够多的氧气之前 ， 那些通过“产甲烷过程”产生的氢气就会大量地从地球的大气顶层逃逸 ， 而地球上的水也会因此而变少 。
氢元素有三种同位素 ， 能稳定存在的只有“氕”和“氘” ， 科学家发现 ， 在上述的“产甲烷过程”中 ， “氕”的效率要比“氘”高得多 ， 这就意味着 ， 那些通过“产甲烷过程”而逃逸的氢气中的“氕”比“氘”更多 ， 而随着这个过程的持续 ， 海洋中的“氕”和“氘”的比例就会出现变化 。
在此基础上 ， 我们只需要知道40多亿年前地球海洋中的“氕”和“氘”的比例 ， 再利用相关理论建立起模型 ， 并将其与现代地球海洋的“氕”和“氘”的比例进行对比和分析 ， 就可以知道地球在过去失去了多少氢 ， 计算出地球上的水在过去变少了多少 。
科学家在一块石头上找到了远古地球海洋中的“氕”和“氘”的比例 。 这块石头发现于格陵兰岛西部的地质层中 ， 根据测定 ， 这是一块形成于大约40亿年前的蛇纹石 ， 这种石头通常形成于海底、洋中脊以及俯冲带 ， 当地壳与通过海底缝隙循环的高温海水接触时 ， 就可能会形成蛇纹石 ， 由于在蛇纹石的形成过程中会吸收大量的水 ， 海水中的“氕”和“氘”的比例就会长久地保存下来 。
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