地球上水的来源

水的凝结温度比构成太阳系类地行星的其他物质（例如铁和硅酸盐）低得多。在太阳系历史早期，最接近太阳的原行星盘区域温度很高，在地球形成时，海洋的水与地球一起凝结的可能性极低。远离年轻太阳温度较低的地方，水可凝结并形成冰冷星子。在早期太阳系中可能形成冰区域的边界被称为冻结线 （也称为雪线），位于现代主小行星带中（距太阳约2.7至3.1天文单位 (AU) 之间）。 [25][26]因此地球上的水是由在冻结线之外形成的天体（例如彗星、海王星外天体和富含水的流星体（原行星））输送而来。但输送的时点仍然存有疑问。

有个假设声称地球在大约45亿年前开始吸积（通过积累而逐渐增长）冰冷星子，当时地球的尺寸是目前的60%到90%之间。[23]地球可在此情况下通过吸积和重大撞击事件以某种形式将水保留。此假设有已知最古老的碳质球粒陨石和灶神星陨石（两者都起源于太阳系的主小行星带）之间水的丰度和同位素比相似性的支持。[27][28]对锇同位素比的研究也支持此一观点，该比值显示地球早期吸积的物质中包含有大量的水。[29][30]阿波罗15号和阿波罗17号登月任务所收集的月球样本，对其中化学成分测量的结果进一步支持此点，并显示地球在月球形成之前就已经有水存在。[31]

但此假设的问题是地球大气层的惰性气体同位素比率与地函中的稀有气体同位素比率不同，表明两者的来源不同。[32][33]为解释这种观察结果，人们提出一种所谓的“后崁入”理论，认为在地球的历史中，水是在与月球相关的大碰撞发生之后才被输送到地球。但目前对地球形成的了解显示地球物质中只有不到1%是在月球形成后才吸积而来，表示这样的吸积物质中肯定富含水。电脑模型显示早期的太阳系动力学，如果木星迁移到离太阳更近的地方，冰冷小行星可能会在此期间被发送到内太阳系（包括地球）中。[34]

但有以钼同位素比证据支持的第三种假设，显示的是地球上大部分的水都是由大碰撞说（月球形成）的同一事件中而获得。[35]

在2019年取得的证据显示地函中的钼同位素成分源自外太阳系，很可能是因此将水带到地球。可能的解释是大碰撞说中提起的忒伊亚行星在45亿年前与地球相撞，而有月球形成，而忒伊亚可能源自外太阳系（而非内太阳系），并将水和碳基物质材料带来。[35]

地球海水的氘与氢之比已知为非常精确的 (1.5576 ± 0.0005) × 10⁻⁴。[37]这个数值代表的是地球上储水所在全部来源的混合后结果，可用于识别地球水的一个或是多个来源。在地球的生命周期中，氘与氢的比可能会增加，因为较轻的同位素在大气逃逸（进入太空）的过程中甚有可能会丧失。但目前科学界对于随时间演进而降低地球D/H比的过程尚不知。 [38]今日金星具有如此高D/H比的一种解释是由于其中较轻同位素丧失的缘故，金星的水在失控温室效应期间被蒸发，随后其上大部分的氢也散逸进入太空。.[39]最初输送到地球水中的D/H比较现在的为低，地球上水的D/H比随着时间演进而显著增加。这与地球早期演化过程中即已存有很大部分水的情景呈现一致的情况。[22]

由欧洲太空总署所发射的太空船乔托号（Giotto），于1986年掠过哈雷彗星，使用质谱仪分析来自彗星表面冰的升华中的同位素成分。

由多项地球化学研究所得的结论是小行星很可能是地球上水的主要来源。[40]碳质球粒陨石是太阳系中最古老陨石中的一个子类，其同位素水平与地球海水最相似。[41][42]碳质球粒陨石的CI群和CM群亚类的氢和氮同位素水平与地球海水非常匹配，表示这些陨石中的水可能是地球海洋的来源。[43]在地球上发现的两块45亿年前的陨石含有液态水以及多种贫氘有机化合物，进一步支持这一论点。[44]地球目前的氘与氢的比例也与古代的钙长辉长无粒陨石相匹配，这些陨石起源于外小行星带的小行星灶神星。[45]CI群、CM群和钙长辉长无粒陨石被认为具有与来自外主小行星带的古代冰原行星相同的水含量和同位素比率，这些原行星后来将水输送到地球。[46]

进一步对小行星粒子的研究为以下理论提供支持 - 即地球水的大部分来自太阳风中粒子携带的氢原子，这些氢原子与小行星上的氧气结合，然后以太空尘埃的形式到达地球。研究利用原子探针断层扫描技术，在日本太空隼鸟号探测器从小行星25143取回的颗粒中发现单个颗粒表面上有氢氧化物和水分子存在。[47][48]

彗星是由尘埃和冰组成的一公里大小的天体，起源于古柏带（20-50个天文单位之外）和欧特云（>5,000 个天文单位之外），依循高度椭圆型的轨道而进入内太阳系。科学家对它们进入内太阳系的轨道，及其所具有的冰成分作为远程和原位测试D/H比的目标。

假设地球上的水仅源自彗星的可能性并不大，由哈雷彗星、百武二号彗星、海尔-博普彗星、2002T7彗星和塔特尔彗星上水的D/H比大约是海水的两倍。[49][50][51][52]根据这种彗星D/H比，电脑模型预测地球上的水不到10%是由彗星所输送而来。[53]

其他周期较短的彗星（<20年）被称为木星家族彗星，可能起源于古柏带，但其轨道路径受到与木星或海王星引力相互作用的影响。[54]欧洲太空总署发射的太空探测器罗塞塔号对其中一颗楚留莫夫-格拉希门克彗星进行同位素测量，发现其D/H比是地球海水的三倍。[55]另一颗木星家族哈特雷二号彗星的D/H比与地球海水一致，但其氮同位素水平与地球的不匹配。[52][56]