地球上水的来源

水的凝結溫度比構成太陽系類地行星的其他物質（例如鐵和矽酸鹽）低得多。在太陽系歷史早期，最接近太陽的原行星盤區域溫度很高，在地球形成時，海洋的水與地球一起凝結的可能性極低。遠離年輕太陽溫度較低的地方，水可凝結並形成冰冷星子。在早期太陽系中可能形成冰區域的邊界被稱為凍結線 （也稱為雪線），位於現代主小行星帶中（距太陽約2.7至3.1天文單位 (AU) 之間）。 [25][26]因此地球上的水是由在凍結線之外形成的天體（例如彗星、海王星外天體和富含水的流星體（原行星））輸送而來。但輸送的時點仍然存有疑問。

有個假設聲稱地球在大約45億年前開始吸積（通過積累而逐漸增長）冰冷星子，當時地球的尺寸是目前的60%到90%之間。[23]地球可在此情況下透過吸積和重大撞擊事件以某種形式將水保留。此假設有已知最古老的碳質球粒隕石和灶神星隕石（兩者都起源於太陽系的主小行星帶）之間水的豐度和同位素比相似性的支持。[27][28]對鋨同位素比的研究也支持此一觀點，該比值顯示地球早期吸積的物質中包含有大量的水。[29][30]阿波羅15號和阿波羅17號登月任務所收集的月球樣本，對其中化學成分測量的結果進一步支持此點，並顯示地球在月球形成之前就已經有水存在。[31]

但此假設的問題是地球大氣層的惰性氣體同位素比率與地函中的稀有氣體同位素比率不同，表明兩者的來源不同。[32][33]為解釋這種觀察結果，人們提出一種所謂的“後崁入”理論，認為在地球的歷史中，水是在與月球相關的大碰撞發生之後才被輸送到地球。但目前對地球形成的了解顯示地球物質中只有不到1%是在月球形成後才吸積而來，表示這樣的吸積物質中肯定富含水。電腦模型顯示早期的太陽系動力學，如果木星遷移到離太陽更近的地方，冰冷小行星可能會在此期間被傳送到內太陽系（包括地球）中。[34]

但有以鉬同位素比證據支持的第三種假設，顯示的是地球上大部分的水都是由大碰撞說（月球形成）的同一事件中而獲得。[35]

在2019年取得的證據顯示地函中的鉬同位素成分源自外太陽系，很可能是因此將水帶到地球。可能的解釋是大碰撞說中提起的忒伊亞行星在45億年前與地球相撞，而有月球形成，而忒伊亞可能源自外太陽系（而非內太陽系），並將水和碳基物質材料帶來。[35]

地球海水的氘與氫之比已知為非常精確的 (1.5576 ± 0.0005) × 10⁻⁴。[37]這個數值代表的是地球上儲水所在全部來源的混合後結果，可用於識別地球水的一個或是多個來源。在地球的生命週期中，氘與氫的比可能會增加，因為較輕的同位素在大氣逃逸（進入太空）的過程中甚有可能會喪失。但目前科學界對於隨時間演進而降低地球D/H比的過程尚不知。 [38]今日金星具有如此高D/H比的一種解釋是由於其中較輕同位素喪失的緣故，金星的水在失控溫室效應期間被蒸發，隨後其上大部分的氫也散逸進入太空。.[39]最初輸送到地球水中的D/H比較現在的為低，地球上水的D/H比隨著時間演進而顯著增加。這與地球早期演化過程中即已存有很大部分水的情景呈現一致的情況。[22]

由歐洲太空總署所發射的太空船喬托號（Giotto），於1986年掠過哈雷彗星，使用質譜儀分析來自彗星表面冰的昇華中的同位素成分。

由多項地球化學研究所得的結論是小行星很可能是地球上水的主要來源。[40]碳質球粒隕石是太陽系中最古老隕石中的一個子類，其同位素水平與地球海水最相似。[41][42]碳質球粒隕石的CI群和CM群亞類的氫和氮同位素水平與地球海水非常匹配，表示這些隕石中的水可能是地球海洋的來源。[43]在地球上發現的兩塊45億年前的隕石含有液態水以及多種貧氘有機化合物，進一步支持這一論點。[44]地球目前的氘與氫的比例也與古代的鈣長輝長無粒隕石相匹配，這些隕石起源於外小行星帶的小行星灶神星。[45]CI群、CM群和鈣長輝長無粒隕石被認為具有與來自外主小行星帶的古代冰原行星相同的水含量和同位素比率，這些原行星後來將水輸送到地球。[46]

進一步對小行星粒子的研究為以下理論提供支持 - 即地球水的大部分來自太陽風中粒子攜帶的氫原子，這些氫原子與小行星上的氧氣結合，然後以太空塵埃的形式到達地球。研究利用原子探針斷層掃描技術，在日本太空隼鳥號探測器從小行星25143取回的顆粒中發現單個顆粒表面上有氫氧化物和水分子存在。[47][48]

彗星是由塵埃和冰組成的一公里大小的天體，起源於古柏帶（20-50個天文單位之外）和歐特雲（>5,000 個天文單位之外），依循高度橢圓型的軌道而進入內太陽系。科學家對它們進入內太陽系的軌道，及其所具有的冰成分作為遠程和原位測試D/H比的目標。

假設地球上的水僅源自彗星的可能性並不大，由哈雷彗星、百武二號彗星、海爾-博普彗星、2002T7彗星和塔特爾彗星上水的D/H比大約是海水的兩倍。[49][50][51][52]根據這種彗星D/H比，電腦模型預測地球上的水不到10%是由彗星所輸送而來。[53]

其他週期較短的彗星（<20年）被稱為木星家族彗星，可能起源於古柏帶，但其軌道路徑受到與木星或海王星引力相互作用的影響。[54]歐洲太空總署發射的太空探測器羅塞塔號對其中一顆楚留莫夫-格拉希門克彗星進行同位素測量，發現其D/H比是地球海水的三倍。[55]另一顆木星家族哈特雷二號彗星的D/H比與地球海水一致，但其氮同位素水平與地球的不匹配。[52][56]