这些天体的形成一个缓慢而渐进的过程,在刚开始的时候,只有固态的物质才容易互相吸积,当天体的质量累积到一定的程度之后,它们才能够凭借自身的引力来束缚气体。
然而在太阳诞生之后,其释放出的光和热会使附近的水都只能以气体的形成存在(注:在无压力的情况下,水不能以液态的形式存在),与此同时,太阳产生的恒星风又不断地将气体“吹”走,只有较重的固体尘埃才能长时间地“逗留”,所以在太阳附近形成的行星都是储水量很低的岩石行星,其中就包括了地球。
由于距离太阳越远,单位面积接收到的太阳能量就越低,因此与太阳的距离超过了一个临界值的时候,水就会转变成固态,也就是冰,这个临界值被称为“雪线”,其值大约为2.7天文单位,位于现在的火星轨道和木星轨道之间。
也就是说,在太阳系形成之初,“雪线”之内的水会不断地向太阳系外侧逃逸,而当它们过了“雪线”之后,就转变成了易于吸积的固态物质,正因为如此,那些在“雪线”之外形成的天体通常都会含有大量的水。
上图为水的三相图,可以看到,水只有在特定的温度和压力范围内才能以液态的形式存在,虽然形成于“雪线”之外的木星、土星、天王星和海王星这四颗大行星含有不少的水,但是因为它们内部的压力太强,所以这些水只能以固态的形式存在,而其他的很多星球和小天体却温度太低,水也只能以固态的形式存在。
实际上,前文提到的那些星球的液态水,其实都存在于它们的冰下海洋,它们的结构按“从里到外”可以简化为高温核心、岩石地幔、冰下海洋以及表面冰层,其高温的核心可以提供热量,而表面冰层则可以提供压力,这样一来,冰下海洋中就可以存在液态水了。
综上所述,地球的液态水之所以这么少,其实是因为“先天不足”。
那地球上的液态水是怎么来的呢?这主要有两个来源,一个来源是在地球形成过程吸积到的一些含水矿物(水能够以结晶水、化学键等多种形式存在于矿物中),另一个来源则是那些富含水的小天体(如彗星、小行星)。