水使地球成為現在的地球——一個以藍色海洋而聞名的星球。水通過侵蝕塑造土地，是地球維持生命能力的基礎。但我們很難理解地球是如何最終擁有所有這些水的，因為創造它的基石很可能是乾的，而將這些基石變成行星的碰撞應該會將所有地表水驅趕到太空中.
已經提出了各種方法來在地球形成後將水輸送到地球。但是一項新的研究採用了我們從檢查系外行星中獲得的信息並將其應用於地球。結果表明，在地球形成期間發生的化學反應會產生足夠的水來填充世界海洋。而且，作為一個附帶的好處，該模型解釋了地核有些奇怪的密度。
防水的地球
地球似乎主要是由太陽系內部的材料構成的。不僅這些材料在正確的地方，而且在該地區的小行星中發現的現有材料在元素和同位素組成方面也提供了很好的匹配。但是這些材料也很乾燥。這並不奇怪；這個區域的溫度會阻止水凝結成固體，因為它可以在太陽系中進一步向外延伸，超過一個被稱為水的「冰線」的點。
任何存在的水都可能流失到太空中，因為行星的形成過程被認為是通過小天體之間的碰撞發生的，隨著小天體不斷撞擊大天體，大天體逐漸長大。這些物體中的大部分水會被蒸發並可能流失到太空中。
但是三位研究人員（Edward Young、Anat Shahar 和 Hilke Schlichting）專注於太陽系形成過程中可能存在的其他因素：氫。氫被認為在行星形成的早期大量存在，但隨後被中心恆星點燃時釋放的輻射驅散。在我們的太陽系中，其中一些在丟失之前被外行星捕獲。但是我們的內行星似乎在形成時幾乎沒有這種元素，或者在它們的歷史早期就失去了這種元素。
但觀察系外行星表明，這並非不可避免的命運。我們發現了許多岩石超級地球，它們似乎也缺乏富含氫氣的大氣層。但是在大約兩倍於地球半徑的地方有一個空隙，在那裡我們看到了許多迷你海王星，它們似乎保留了厚厚的、可能富含氫氣的大氣層。這導致了所有岩石行星都在富含氫的環境中開始並由此形成第一個大氣層的提議。然而，在一定尺寸以下，氫會在它們的歷史後期消失。在這些行星上發現的任何大氣層都可能是由於二次形成。
以此得出合乎邏輯的結論，那麼地球可能也是從富含氫氣的大氣層開始的。因此，參與這項新研究的研究人員決定研究這種情況可能產生的後果。
行星尺度的化學
為了探索這個想法，研究人員基本上模擬了一個巨大的化學反應器，裡面裝滿了早期地球的大部分成分，並按比例放大到一個大型地球前體的大小（當今地球大小的一半）。這包括鐵和鈉的氧化物、各種矽酸鹽、二氧化碳、甲烷、氧氣等。這一切都被置於富含氫氣的大氣層中，並被加熱以反映行星形成時頻繁碰撞所產生的岩漿海洋。
這一時期可能持續了數千萬年，部分原因是氫大氣往往能很好地保持熱量（它可以充當溫室氣體）。這為發生的化學反應——研究人員跟蹤了其中的 18 個——提供了達到平衡的時間，並為行星內部的不同物質提供了足夠的時間根據密度進行分配。
發生的事情之一是，幾種元素被併入核心的鐵中，包括氧、矽和氫。由於所有這些元素的密度都低於鐵，因此這具有使地核密度低於純鐵的效果——這對於實際地球來說是真實的。
在一些反應中，氫的結合涉及氧氣的置換，這些反應的副產物是水。在這裡探索的條件下，反應產生的體積與當前地球海洋中存在的體積大致相同。「即使太陽系內部的岩石完全乾燥，」研究人員寫道，「H 2大氣和岩漿海洋之間的反應也會產生大量的 H 2 O。其他 H 2 O 來源也是可能的，但不是必需的。 「
建模的局限性
從好的方面來說，模擬適用於很寬的溫度範圍——它所需要的只是足夠的熱量來保持地球處於熔融狀態，同時這裡描述的過程達到平衡。它也適用於各種大小的前體，但如果前體太小就會失敗。這與火星和水星的極度乾燥是一致的。主要變量最終是最終生產了多少水；如果更多的氫最終進入核心，那麼很容易創造一個體積是今天海洋三倍的水世界。
雖然該模型對初始條件的許多變化都很穩健，但它的局限性在於它不是早期地球化學的完整圖景。值得注意的是缺少硫和氮，它們在地球化學中發揮了重要作用。
但模型中的最大差距是水形成後會發生什麼。鑑於岩漿海洋的存在，它最終會進入大氣層，如果太陽系的氫已經消散，它可能會被太陽輻射分裂並消失。對於後來加熱地球的任何撞擊，例如形成月球的巨大碰撞，情況也是如此。如果周圍仍然有足夠的氫氣，這就不是問題，因為水可以重整。研究人員引用的研究表明，即使在大規模碰撞中，富含水的大氣層也能倖存下來。最後，你可以想像最初水量過剩的情況，但在這些過程中損失了足夠多的水，使地球處於目前的狀態。
因此，雖然水的生產不需要對條件進行任何微調，但保留它可能需要。
但對我們以外的世界的影響似乎更大一些。這些結果表明，在岩石行星的形成過程中，大範圍的初始條件應該會產生水。因此，當我們考慮太陽系外的行星時，問題可能是想知道它們是否經歷過會導致它們失去水分的條件，而不是它們是否一開始就有水分。