水球研究方法

‘壹’ 地球的水源如何形成的

浩瀚无垠的海洋似乎是永远也不会干涸的。但是，海水为什么不会干涸？大海里的水为什么总是那么多呢？

据估计，全世界海洋的总水量有13．7亿立方千米。如果把所有的水集中起来做成一个“水球”，这个水球的直径可达1400千米。

茫茫的大海中这么多的水是从哪里来的呢？

一般的说法是，大海中的水归根结底是从它“自身”来的。每年，从海洋的表面有1亿多吨的水蒸发到天空中去，这些水蒸气的绝大部分仍然在大海上空变成云再化为雨，最后又降回大海中，而水蒸气中的一小部分变成雨雪后降落到陆地上，流进江河湖泊，再顺着江河又流回海洋。大海中的水就是这样不断地循环往复，当然就不会有干涸的一天。

那么，大海中的水最初又是怎么有的呢？

许多学者认为，这些水是地球本身固有的，即海洋中的水是与生俱来的。早在地球形成之初，地球水就以蒸气的形式存在于炽热的地心中，或者以结构水、结晶水等形式存于地下岩石中。

那时，地表的温度较高，大气层中以气体形式存在的水分也较多。后来，随着地表温度逐渐下降，地球上到处是狂风暴雨、电闪雷鸣，呼啸的浊流通过千川万壑汇集到原始的洼地中，形成了最早的江河湖海。地球在最初的5亿年，火山众多且活动频繁，大量的水蒸气及二氧化碳通过火山口喷发出来，冷却之后便渐渐形成河流、湖泊和海洋，即所谓的“初生水”。

可是，随着火山研究的深入，科学家们发现：火山活动所释放的水并非所谓的“初生水”，而是新近溶入地下的雨水：这无疑是对“地球之水与生俱来”理论的挑战。

为了寻求地球水的渊源，人们把目光投向了宇宙。

1961年，科学家托维利提出的假说令人耳目一新：地球上的水是太阳风的杰作：太阳风即太阳刮起的风，但它不是流动的空气，而是一种微粒流或带电质子流。

根据托维利的计算，从地球形成至今，地球已从太阳风中吸收了多达17亿亿吨的氢量，若把这些氢和地球上的氧结合，就可产生153亿亿吨水。这个数字与现今地球上水的总量145亿亿吨十分接近。但是，有人却提出质疑：若光靠太阳供给而自身没有来源的话，地球不可能维持现有的水量。

那么，地球之水究竟来自何方呢？美国荷衣华大学的天体物理学家路易斯·弗兰克和由他率领的研究小组独辟蹊径，提出一个惊人的新理论：地球上的水既不是来自地心，也不是来自太阳风，而是来自于外太空的冰彗星雨。

该研究小组提出：不仅是地球上的海洋，而且太阳系其他行星和卫星上的水，都有可能来自迄今为止还未观测到的由冰组成的小彗星。1981年，美国发射了一颗观测地球大气物理现象的“动力学探索者”1号卫星。在分析卫星发回地面的数千张观测资料时，细心的弗兰克发现：在桔黄色的卫星图片背景上总有一些黑色的小斑点，或者说是“洞穴”，弗兰克称之为“大气空洞”。这些“洞穴”的直径一般有十多千米，个别的甚至达四五十千米。它们存在的时间很短暂。每个小黑斑都是突然出现，大约2～3分钟后又消失得无影无踪。

从1981年到1985年，在大约2000小时的观测期里，弗兰克共观测到30000个类似的黑色斑点。这些小黑斑是什么东西？

在对大气中所有数量充足的分子一一作具体的分析研究后，科学家们发现：只有水分子才能吸收频带足够宽的波长而呈现黑色。这使他们确信，卫星照片上的黑斑是由于高层大气中存在着由大量分子聚集而形成的气体水云所造成的。

弗兰克将他们的观测结果同彗星联系起来进行研究后认为，小黑斑现象最有理由的解释是许多小彗星不断地把水从高层注入大气。由大量的冰块及少量尘埃微粒混合而成的彗星，在刚接近地球时，是一个直径约为二十千米的冰球，然后在地球引力作用下破裂、融化，并被太阳光汽化形成较大的水汽球或是绒毛状的雪，后来化作雨降至地面。其中的一部分则进入大气，形成彗星云团。卫星照片上的小黑斑就是这些彗星云团。

不久，在六百多千米上空，弗兰克又发现了带状发光物，即含水破碎物留下的“尾流”。而这一高度又恰好是此类彗星可能徘徊的地带。这似乎又为弗兰克的观点提供了证据。

这一理论为一些未解之谜提供了解释。例如，偶尔有大量的小彗星倾泻而下，造成地球气候剧变，从而使恐龙及其他一些物种灭绝。小彗星理论还能解释火星上似乎是水作用形成的河道等等迄今无法解释的问题。又如在1990年的一天，一块冰体从天而降，落在中国江苏省无锡梅村乡。根据弗兰克的小彗星理论，我国专家经潜心研究后认为，此冰块就是来自彗星。

“君不见黄河之水天上来，奔流到海不复回”。这是一千二百多年前，唐代大诗人李白充满幻想色彩的吟诵之作。倘若弗兰克的新理论是正确的，那么诗人所言或许就是事实。并且，从天上来的，又岂止黄河之水呢？

针对弗兰克的小彗星理论，美国科学界引发了一场异常激烈的争论。科学家们虽然没有对卫星图像上的那些黑点或带状物表示异议，却不同意弗兰克作出的这些水将全部降落到地球上的解释。

然而不久后，美国弗吉尼亚技术大学和约翰逊航天中心的科学家们联手打开了一块陨石，结果竟在里面发现了少量的盐水水泡！毋庸质疑，这一发现是对弗兰克彗星理论强有力的支持。

据负责这项研究的科学家米切尔·佐伦斯基介绍，这块陨石是1998年坠落在美国得克萨斯莫纳汉斯的两块陨石中的一块，并在发现后48小时之内被送到约翰逊航天中心，在一个空气已被过滤的净化室里被打开后，科学家们惊奇地发现陨石里布满奇怪的紫色晶体，化验的结果让人震惊：竟然是盐！进一步分析后，结果令科学家们目瞪口呆：这些神秘的盐晶体里竟然有水！

科学家们因而认定：这些水绝不可能来源于地球，其惟一的来源就是产生陨石的天体或者包含盐分冰体的彗星。

地球之水是从天上来吗？对于小彗星是否为地球带来过大量降水这一论断，科学家们正在不断地观察，不断地试验。

然而我们不应该忘记，地球虽然多水，却是一个缺水的星球。我们固然知道，地球上有大约14．5亿立方千米的水，每一平方千米为10亿立方米，这是一个大得惊人的数量；我们也固然知道，如果把这些水全部均匀地铺在地球表面上，地球的平均水深可达到2800米，地球真可称作是“水球”。但是我们仍然说地球是个缺水的星球，这是为什么呢？

因为地球上绝大部分的水是不适合人类使用的，海洋虽然是个巨大的天然水库，约占地球总水量的94％，但因海水含盐太高（每公升含盐量35克），故不能为人类直接利用。

在人类居住的陆地上约有2800多万立方千米的淡水，约占地球总水量的2％。在这些陆地水中，有冰川2400万立方千米，又占地球淡水总量的85％。由于冰川在自然界的特殊地位，开发起来十分艰巨。陆上比较容易开发利用的淡水资源是地下水、淡水湖泊、土壤水和河流，共有400多万立方千米，只占地球总水量的千分之三。而且由于这些水在地区上的分布很不均匀，所以很多国家的水资源十分贫乏。越来越多的人类和越来越严重的生态环境的破坏，使地球面临缺水的挑战。

‘贰’ 宇宙中是否存在一颗水球，从里到外都是水

宇宙中的水球并非是全部由水组成，格利泽581b虽然外表跟地球很相似，但根据科学家研究其应该不是真正的水球。宇宙很奥秘，很多人都觉得宇宙中应该会存在没有陆地的水球存在；而科学家还在真的从宇宙中找到了跟地球很相似的格利泽581b，最初认为这颗海洋星球应该是全水构造，可考虑到宇宙曾经发生过大爆炸，考虑这颗海洋星球里面并非只有水的存在。

所以说对于格利泽581b这个水球，其实是否到处是水也没有人知道。

‘叁’ 为什么地球被称为水球

是因为地球表面海洋面积占到71%，即地球表面绝大部分，而且水量储存很多，平铺在地面的话地表水厚度可达几十米。

地球（Earth）是太阳系八大行星之一，按离太阳由近及远的次序排为第三颗，也是太阳系中直径、质量和密度最大的类地行星，距离太阳1.5亿公里。

地球自西向东自转，同时围绕太阳公转。现有40~46亿岁，它有一个天然卫星——月球，二者组成一个天体系统——地月系统。46亿年以前起源于原始太阳星云。

地球赤道半径6378.137千米，极半径6356.752千米，平均半径约6371千米，赤道周长大约为40076千米，呈两极稍扁赤道略鼓的不规则的椭圆球体。地球表面积5.1亿平方公里，除海洋面积外，29%为陆地，在太空上看地球呈蓝色。

地球内部有核、幔、壳结构，地球外部有水圈、大气圈以及磁场。地球是目前宇宙中已知存在生命的唯一的天体，是包括人类在内上百万种生物的家园。

(3)水球研究方法扩展阅读：

一、海陆分布

地球总面积约为5.10072亿平方千米，其中约29.2%（1.4894亿平方千米）是陆地，其余70.8%（3.61132亿平方千米）是水。

陆地主要在北半球，有五个大陆：欧亚大陆、非洲大陆、美洲大陆、澳大利亚大陆和南极大陆，另个还有很多岛屿。大洋则包括太平洋、大西洋、印度洋，北冰洋和南冰洋五个大洋及其附属海域。海岸线共35.6万千米。

二、地球圈层

地球圈层分为地球外圈和地球内圈两大部分。地球外圈可进一步划分为四个基本圈层，即大气圈、水圈、生物圈和岩石圈；地球内圈可进一步划分为三个基本圈层，即地幔圈、外核液体圈和固体内核圈。

此外在地球外圈和地球内圈之间还存在一个软流圈，它是地球外圈与地球内圈之间的一个过渡圈层，位于地面以下平均深度约150公里处。这样，整个地球总共包括八个圈层，其中岩石圈、软流圈和地球内圈一起构成了所谓的固体地球。

对于地球外圈中的大气圈、水圈和生物圈，以及岩石圈的表面，一般用直接观测和测量的方法进行研究。而地球内圈，主要用地球物理的方法，例如地震学、重力学和高精度现代空间测地技术观测的反演等进行研究。

地球各圈层在分布上有一个显着的特点，即固体地球内部与表面之上的高空基本上是上下平行分布的，而在地球表面附近，各圈层则是相互渗透甚至相互重叠的，其中生物圈表现最为显着，其次是水圈。

‘肆’ 我们在视频里看到水膜变成了大水球的实验是因为水有什么的性质

王亚平还演示了水膜张力实验，水膜变成了大水球的实验是因为水表面张力的性质，这个实验同样用到了表面张力原理。航天员向水膜上不断注入水时，这些水就能够均匀分布在水膜周围，逐渐形成水球。

液体表面张力在航天活动中有重要应用。失重环境下，航天器推进剂贮箱中的液体燃料界面和气体界面不再是稳定的，可能产生液体迁移、气液混合等现象，导致推进剂无法正常供应。因此，科学家们制造了表面张力贮箱，利用表面张力推动液体推进剂流动。

太空实验

在中国空间站内，航天员叶光富展示了失重条件下的细胞生长发育研究；王亚平邀请地面课堂的学生和自己一样，把乒乓球放入一杯水中，地球上的乒乓球会浮在水面上，但太空中的乒乓球会悬浮在水中，因为浮力和重力有关，在空间站的微重力环境下，浮力也会几乎消失。

之后，王亚平还依次演示了水膜张力实验、水球光学实验和泡腾片实验，引导学生深入探索液体表面张力、凸透镜成像等的原理。

‘伍’ 科学探索得出结论，地球原本是个大水球，水究竟去哪了

世界太大了，有各种各样奇怪的东西。现在是高科技时代，大多数奇怪的事情都可以用科学的方法来解释。然而，世界上还有许多神秘的事物尚未被科学地解释。我们都知道地球作为一个整体是一个水球，它的大部分区域被海洋覆盖，人类对海洋知之甚少。随着科学的进步，人类逐渐认识到这一点，揭开了海洋的面纱。

如果这些海水流向地球的中心，那么为什么地球中心的水在几千万年甚至几亿年之后还没有被填满呢？如果这个假设是真的，那么地核是一个无底洞，永远不会充满吗？当然，这个无底洞的答案还在探索中。毕竟，在有限的科技水平下，这些稀奇古怪的东西还在探索过程中。