地球为什么是蓝色的？答案或许是这样的，来看看呗

是什么因素使得地球变得湛蓝？

地球为什么是蓝色的？

（温室效应和板块构造对保持地球表面的水分至关重要。

图源：NASA/Goddard Space Flight Center/Reto Stöckli, CC BY）

从太空俯瞰，地球是蓝色的。由于地表的液态水，地球已经变蓝了40多亿年。地球是如何在这么长的时间里面维持其地表的液态水的？

只有一个已知的行星表面有永久的液态水：我们的地球。地球科学使我们能够解释为什么地球几乎总是蓝色的：它既不太温暖也不太寒冷。如果说地球最初是红色和黑色的，那么它已经蓝了40多亿年，只有极少数的例外是当它变得太冷时会变成一个白色的雪球。

这一令人难以置信的特征是由于水循环与板块构造、温室效应以及太阳系结构的相互作用造成的。如今地球的平均表面温度约为15°C，比金星（465°C）冷，比火星（平均-60°C）热。在地球上的海平面上，水在0°C以下结冰，在100°C时沸腾。因此，地球表面的温度范围在我们看来可能很大，但与其他行星相比，它实际上相当窄，并且已经保持了数十亿年。

温室气体发挥了它们的作用：

行星表面的平均温度取决于三个参数的相互作用，这三个参数在一个行星和另一个行星之间可能有很大的差异：

1.来自太阳的能量。

2.表面的星体反照率，即它反射太阳辐射的程度。

3.温室气体将太阳辐射困在地球大气中。如果没有温室气体，地球表面的温度将在-15°C左右，并且可能没有液态水。

自从地球上出现第一个海洋以来，太阳光、反照率和温室气体之间的相互作用一直保持着相当稳定的能量平衡。

在地球历史的早期，年轻的太阳没有那么明亮，我们的星球从中获得的能量也更少。然而，二氧化碳和甲烷等温室气体的水平远高于今天，这使得地表温度保持在足以使水变成液体的水平。

温室效应随着时间的推移而减少，因为二氧化碳可以通过两个过程从大气中去除。首先，溶解在地表水中的二氧化碳的酸化作用导致岩石溶解，从而释放钙。钙和溶解的二氧化碳结合形成碳酸盐岩，如石灰石，这是主要的碳汇之一。

第二个碳汇是沉积岩中储存的有机碳。陆地和海洋中的生物在光合作用过程中利用二氧化碳生成有机物，当生物死亡时，其中一部分沉积在海洋底部。在那里，有机物质被整合到沉积岩中，在那里可以储存数百万年。

没有构造，就没有海洋；没有海洋，就没有构造：

虽然碳汇将二氧化碳从大气中储存起来，但火山和海洋山脊又将二氧化碳送回大气中。这种输送通过板块构造得以持续。在长时间内，板块构造有助于将地球表面温度保持在允许地表水变成液态的范围内。因此，液态水的存在与板块构造密切相关。这是怎么发生的？

（水、板块构造和一氧化碳的相互作用。图源：Guillaume Paris）

它们是贯穿地球的海底火山链，在远离海洋山脊之后通过俯冲向下移动到地球深处。在它们穿越海洋的数亿年中，海洋板块变成了水合物：它们的矿物质与水结合，从而改变了它们的力学性质。当它们被俯冲时，海洋板块最终会脱水；释放的水最终产生岩浆，形成花岗岩，这是大陆的基岩。没有液态水，就没有构造，也就没有大陆！

由于旧的海洋板块循环进入地幔，新的板块不断地由大洋脊喷发的物质形成。当这种物质通过地幔上升到海底时，它冷却并释放二氧化碳，有助于维持温室气体

浓度。水仍然是液态的，地球仍然是蓝色的，就像几十亿年来一样。

从黑色、红色变成蓝色

（最古老的海洋的踪迹：38亿年前的枕状熔岩——格陵兰岛，图源：Guillaume Caro）

长期以来，人们一直认为是来自外太阳系的富含水的天体将水带到了最近形成的地球。我们的一个团队最近发表了一项研究，对这一假设提出了质疑，并认为水——也就是氢和氧——可能是由形成地球的岩石带来的。

45亿年前，当地球首次形成时，它可能太热了，水在表面不可能变成液体。无论如何，如果有海洋的话，它们肯定会在年轻的地球和一个行星体（可能和火星一样大）之间的巨大撞击中蒸发，44亿年前，这一撞击融化了我们星球的表面，形成了月球。

撞击后，随着地球表面慢慢冷却和固化，它很可能被黑色玄武岩覆盖，既没有生命也没有水。冷却岩浆释放氢、氧和碳等元素，作为含有水、二氧化碳或甲烷等分子的气体。因此，第一批海洋可能在撞击后相对较快地形成。地球上已知的第一种矿物具有与液态水相互作用的化学特征。因此，地球可能已经蓝了44亿年。地球表面海洋的第一个无可争辩的证据是38亿年前的海洋，其中包括最古老的海洋沉积物发现于格陵兰岛的伊苏阿和阿基利亚岛以及加拿大的努瓦瓦吉图克岛，以及最古老的枕状熔岩，熔岩在水下冷却时形成的独特形状的岩石。

（夏威夷附近水下形成的现代枕状熔岩。图源：NOAA）

无论是38亿年还是44亿年前，海洋的历史都与地球和生命的历史息息相关。今天，人类活动导致海洋变得更加酸性和温暖。海洋不会消失，但其中的生命却受到了威胁。我们的二氧化碳排放量超过全球火山排放量的70倍，危及地球表面和深层过程之间的现有平衡。我们的社会依赖这两者。BY:Guillaume Paris

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