中国科大发现地球海洋在岩浆洋固化后一万年内形成

近日，中国科学技术大学地球和空间科学学院黄方教授团队在地球早期水圈演化研究方面取得进展。团队通过热收支模型，首次定量计算了岩浆洋固化后原始大气凝结成海洋所需的时间，发现这一过程不到一万年，岩浆洋固化即为地球水圈的“时间零点”。相关成果以“The timescale of forming Earth’s earliest water ocean in the Hadean Eon”为题，在线发表于10月的《国家科学评论》。

形成月球的大撞击产生了全球性的岩浆洋，岩浆洋固化形成地幔，并释放大量CO₂和H₂O到大气中。以往研究多关注岩浆洋的冷却，而岩浆洋固化后大气降温和海洋形成时间却一直缺乏定量约束。该团队指出，岩浆洋固化前，大气不断被改造；地幔转为固态对流后，挥发分总量基本确定，岩石得以保存，地表环境演化才真正开始。此时地幔热流可以忽略，地表冷却由大气的净辐射散热决定。据此以地幔固化为起点，逐步计算大气散热并累加降温时间（图1），填补了岩浆洋固化到海洋形成之间的定量空白。

图1.大气散热通量随地表温度的变化

计算表明，在基准情形下，地表由1400K降至水的临界温度约需1800年，此后约2500年内大气中的水蒸气基本全部凝结成海洋（图2）。在不同挥发分含量、还原性大气和云反馈等条件下，海洋形成时间绝大多数不超过一万年。

该研究表明，地球最早的海洋几乎与最早的地壳同时形成，这与约44亿年前锆石的氧同位素记录相吻合。依赖液态水的碳循环、热液蚀变和生命起源环境，可能比以往认为的更早出现。该模型也可应用于火星、金星等其他类地行星。

论文第一单位为中国科学技术大学，第一作者为时任地空学院博士后肖子聪（现为丹麦哥本哈根大学博士后），通讯作者为黄方教授，合作者为特任副研究员陈博文。研究得到国家重点研发计划、中央高校基本科研业务费和中国博士后科学基金会的资助。

图2.岩浆洋固化后地表降温与海洋形成过程

论文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwag626

（地球和空间科学学院、科研部）