我們星球上的水的起源是一個熱門問題。水對板塊構造、氣候、地球上生命的起源以及其他類地行星的潛在可居住性有著巨大的影響。根據最近發表在《物理評論快報》的一項研究，一位俄羅斯斯科爾科沃科學技術研究所(Skoltech)教授和中國研究人員提出了一種化合物可能在“暴力”時代保存了地下深處的水，當時大規模的碰撞肯定蒸發了地球的表面水。由於其重要性和獨創性，這篇論文被作為“編輯建議”，在《物理學》雜誌上重點介紹。

除了是我們所知的生命起源的所有重要物質外，地表水對於長期穩定一個星球的氣候非常重要，使進化得以發生。即使是地表下深處的少量水，也被認為會極大地增加岩石的可塑性，這對板塊構造是至關重要的–這是一個塑造大陸和海洋的過程，並推動地震和火山活動。但是，儘管它對像我們這樣的岩石行星的進化具有巨大的重要性，我們不知道地球上的水起源於哪裡。

“一些科學家認為我們的水是由彗星帶來的，但是這個來源似乎非常有限–彗星中的水的同位素組成與地球上的水有很大的不同，”共同撰寫該研究報告的Skoltech的Artem R. Oganov教授說。

如果水不是來自彗星等天體，它一定是來自下面，來自地幔深處，甚至是地核。但是，它怎麼能在地球歷史上最初的3000萬年左右的劇烈運動中存活下來呢？當時地球非常熱，被小行星不停地轟擊，甚至與一顆火星大小的行星發生了災難性的碰撞。這些過程肯定蒸發了地球的一部分，而剩下的東西至少在幾百公里以下是熔化的，除去了水。直到現在，科學家們還不知道有一種穩定的化合物能夠在行星的內部鎖住氫和氧原子足夠長的時間，然後將它們作為水釋放出來。

Oganov與中國南開大學科學家領導的一個研究小組合作，他們一起使用Oganov的晶體結構預測方法USPEX，發現了一種符合要求的化合物：含水矽酸鎂，按重量計算，它含有超過11%的水，在超過200萬個大氣壓和極高溫度下穩定。這樣的壓力存在於地核。但是每個人都知道地核是一個金屬球–主要是鐵–所以構成含水矽酸鎂的元素在那裡根本不存在，對嗎？

“錯了。當時並沒有地核。在其存在之初，地球具有或多或少的均勻成分，從地球形成時起，鐵大約花了3000萬年的時間滲入其中心，將矽酸鹽推到我們現在稱之為地幔的地方，”Oganov解釋說。

這意味著在3000萬年的時間裡，地球上的部分水以含水矽酸鹽的形式安全地儲存在今天的核心深處。在那段時間裡，地球經受住了小行星轟擊的最嚴重階段。當地核形成時，含水矽酸鹽已被推入低壓區，在那裡它們變得不穩定並被分解。這產生了構成今天地幔的氧化鎂和矽酸鎂，以及水，後者開始了長達1億年的地表之旅。

Oganov補充說：“與此同時，地球被小行星甚至原行星撞擊，但水是安全的，因為它還沒有到達地表。”

研究人員說，他們的研究表明人類的直覺有時是多麼的錯誤。沒有人想到核心壓力下的矽酸鹽，因為據說在那裡找不到組成的原子。即使如此，人們也不會想到含水矽酸鹽在核心條件下是穩定的，因為人們認為極端的溫度和壓力會把水從礦物中“擠出來”。然而，基於量子力學的精確建模證明了這一點。

這位材料科學家繼續說：“這也是一個關於一種在行星時間尺度上短暫存在的材料如何對地球的演變產生巨大影響的故事。這與通常的地質學思維方式背道而馳。這與通常的地質學思維方式背道而馳，但仔細想想，一個進化論生物學家，對他來說，我們今天看到的許多東西都是從現已滅絕的物種中進化出來的，他們很難感到驚訝，不是嗎？”

關於地球水起源的新假說對其他天體也有影響。Oganov說：“例如，火星太小，無法產生穩定含水矽酸鎂所需的壓力。這解釋了為什麼它如此乾燥，並意味著無論火星上存在什麼水，它都可能來自彗星。”

或者，考慮我們太陽係以外的行星。“為了適合居住，一個系外行星必須有一個穩定的氣候，這需要有大陸和海洋。所以必須有水，但不能太多，”其他研究人員補充說。“有一個估計，對於任何大小的類地行星來說，它都應該有不超過0.2%的水（按重量計算），才是適合居住的。我們的結果意味著，對於被稱為’超級地球’的大型類地行星來說，情況可能有所不同：在這類行星中，穩定矽酸鎂的壓力甚至必須存在於核心之外，無限期地鎖住大量的水。因此，’超級地球’可以有大得多的水含量，並且仍然支持暴露的大陸的存在。”

研究人員認為，這甚至對一個星球的磁層也有影響。“在超過2000攝氏度的溫度下，含水矽酸鎂會導電，氫質子作為電荷載體。這意味著我們的含水矽酸鹽將有助於超級地球的磁場，”Oganov解釋說，並補充說新假設的結果清單不勝枚舉。