地球的液态水储量在太阳系能排到第几?为何地球的液态水这么少?

太阳系中液态水储量排名第一的是哪颗星球?对于这个问题 , 相信有不少人给出的答案都是地球 , 这也难怪 , 毕竟地球表面有大约71%的区域都被海洋覆盖 。 然而这个答案却是错误的 , 因为在太阳系中 , 还有其他的星球拥有比地球更多的液态水 。
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凭借各式各样的望远镜以及太空探测器 , 我们目前已经对太阳系中的主要天体有了一定的了解 , 下图为科学家根据已知的探测数据列出的一份“排名清单”(注:图中的“ZL”是一种巨大的体积单位 , 1ZL相当于10^21升) 。
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可以看到 , 地球的液态水储量在太阳系中只能排到第五名 , 而太阳系中液态水储量排名第一的星球则是木卫三 , 这颗星球的体积仅仅只有地球的大约7% , 其液态水的储量高达地球的大约26.5倍 。
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(木卫三)
至于排在地球之前的土卫六、木卫四、木卫二 , 它们的液态水储量虽然没有木卫三多 , 但也远远地超过了地球 , 并且它们的体积都比木卫三还要小 , 相比之下 , 地球的液态水实在是太少了 。
这需要从太阳系的形成开始讲起 , 根据科学界的主流观点 , 我们的太阳系其实是形成于一片巨大的原始星云的引力坍缩 , 在这个过程中 , 太阳首先在这片星云的中心形成 , 然后星云中的残余物质一边围绕太阳运动 , 一边互相吸积 , 逐渐形成了太阳系中的各种天体 , 大概如下图所示 。
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这些天体的形成一个缓慢而渐进的过程 , 在刚开始的时候 , 只有固态的物质才容易互相吸积 , 当天体的质量累积到一定的程度之后 , 它们才能够凭借自身的引力来束缚气体 。
然而在太阳诞生之后 , 其释放出的光和热会使附近的水都只能以气体的形成存在(注:在无压力的情况下 , 水不能以液态的形式存在) , 与此同时 , 太阳产生的恒星风又不断地将气体“吹”走 , 只有较重的固体尘埃才能长时间地“逗留” , 所以在太阳附近形成的行星都是储水量很低的岩石行星 , 其中就包括了地球 。
由于距离太阳越远 , 单位面积接收到的太阳能量就越低 , 因此与太阳的距离超过了一个临界值的时候 , 水就会转变成固态 , 也就是冰 , 这个临界值被称为“雪线” , 其值大约为2.7天文单位 , 位于现在的火星轨道和木星轨道之间 。
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地球的液态水储量在太阳系能排到第几?为何地球的液态水这么少?】也就是说 , 在太阳系形成之初 , “雪线”之内的水会不断地向太阳系外侧逃逸 , 而当它们过了“雪线”之后 , 就转变成了易于吸积的固态物质 , 正因为如此 , 那些在“雪线”之外形成的天体通常都会含有大量的水 。
上图为水的三相图 , 可以看到 , 水只有在特定的温度和压力范围内才能以液态的形式存在 , 虽然形成于“雪线”之外的木星、土星、天王星和海王星这四颗大行星含有不少的水 , 但是因为它们内部的压力太强 , 所以这些水只能以固态的形式存在 , 而其他的很多星球和小天体却温度太低 , 水也只能以固态的形式存在 。
实际上 , 前文提到的那些星球的液态水 , 其实都存在于它们的冰下海洋 , 它们的结构按“从里到外”可以简化为高温核心、岩石地幔、冰下海洋以及表面冰层 , 其高温的核心可以提供热量 , 而表面冰层则可以提供压力 , 这样一来 , 冰下海洋中就可以存在液态水了 。