研究作者稱，新的研究結果挑戰瞭早先關於地球全球海洋規模隨時間推移而保持不變的假設，並提供瞭關於其規模在整個地質時間內如何變化的線索。地球表面的大部分水存在於海洋中。但在地球內部深處有第二個水庫，以氫氣和氧氣的形式附著在地幔的礦物上。
《AGU Advances》雜志刊登瞭一項新的研究，該雜志刊登瞭地球和空間科學領域的高影響力、開放性研究和評論，估計瞭今天地幔可能儲存的水量以及過去可能儲存的水量。
研究結果表明，由於早期地球比今天更熱，其地幔中的水可能較少，因為地幔礦物在較高溫度下保持的水較少。假設目前地幔的質量是海洋質量的0.3-0.8倍以上，那麼在早期的太古宙時期可能存在一個更大的表面海洋。當時，地幔的溫度約為1900-3000開氏度，而今天的溫度為1600-2600開氏度。
作者稱，如果早期地球擁有比今天更大的海洋，這可能會改變早期大氣層的組成，並減少陽光被反射回太空的數量。這些因素會影響氣候和支持地球上第一個生命的棲息地。
"有時很容易忘記，一個星球的深層內部實際上對表面發生的事情很重要，"哈佛大學的礦物物理學傢、新研究的共同作者 Rebecca Fischer說。"如果地幔隻能容納這麼多的水，它就得去別的地方，所以在地表以下數千公裡處發生的事情會有相當大的影響。"
在過去的5.41億年裡，地球的海平面一直保持相當穩定。然而，地球歷史上更早時期的海平面更難估計，因為幾乎沒有什麼證據能從太古宙時期幸存下來。在地質時間內，水可以通過板塊構造從表層海洋向內部移動，但這種水流量的大小並不十分清楚。由於這種信息的缺乏，科學傢們曾假設全球海洋大小在地質時間內保持不變。
在新的研究中，合著者、哈佛大學礦物物理學傢董俊傑開發瞭一個模型，根據地球地幔的溫度來估算地球地幔可能儲存的水的總量。他結合瞭現有的關於不同的地幔礦物可以儲存多少水的數據，並考慮瞭這23種礦物中哪些會在地球過去的不同深度和時間出現。然後，他和他的合著者將這些儲存量的估計與地球冷卻時地表海洋的體積聯系起來。
沒有參與這項研究的耶魯大學地球物理學傢Jun Korenaga表示，這是科學傢們首次將地幔中儲水的礦物物理學數據與海洋大小聯系起來。"這種聯系在過去從未被提出過，"他說。
董俊傑和Fischer指出，他們對地幔儲水能力的估計帶有很大的不確定性。例如，科學傢們並不完全瞭解地幔中的主要礦物--橋曼石中能儲存多少水。
新的發現闡明瞭全球海洋可能隨著時間的推移而發生的變化，可以幫助科學傢更好地瞭解地球和其他星球上的水循環，這對於瞭解生命可能在哪裡進化很有價值。
“瞭解一些關於全球水預算演變的量化信息絕對是有用的，”沒有參與這項研究的西北大學地震學傢Suzan van der Lee說。“我認為這對於像我這樣的細枝末節的地震學傢來說很重要，他們對當前的地幔結構進行成像，並估計其含水量，但對於尋找含水系外行星和詢問我們的水從哪裡來的起源的人來說也很重要。”
董俊傑和Fischer現在正在使用同樣的方法來計算火星內部可能存在多少水。“今天，火星看起來非常寒冷和幹燥，”董俊傑說。“但很多地球化學和地貌學證據表明，早期的火星表面可能含有一些水--甚至是一個小海洋--所以人們對瞭解火星上的水循環很感興趣。”
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