人有生老病死，一生的長度，不過百年。而對於世間萬物，廣闊至浩瀚宇宙，渺小如微觀粒子，都逃不出不斷衰老這一鐵律。地球誕生至今，已有45.6億年的歷史。
作為生命之源的水，也在經歷著生命的迴圈。你知道最古老的水有多少歲嗎？
水的起源
地球上的水從哪裡來？對於這個問題，眾說紛紜。
有些人認為，水是在地球形成時就已經存在的物質，這是“自生說”。有些學者則把水當作“天外來客”，認為水是太陽風吹來、彗星帶來的，這是“外生說”[1]。
水何時出現？也存在著爭議。但是，在對約四十五億年前隕石的分析中，科學家發現了水的痕跡，說明在地球起源之初，可能就已經有水存在[1]。
圖1：海洋覆蓋了地球表面71%的面積，使得地球成為一個名符其實的“水球”，也讓地球成為一個生機勃勃的活力星球。（圖片來自維基百科）
那麼，我們今天發現的最古老的水，又來自什麼時候？
地下水的年齡
地表的水奔騰不息，或被動植物所利用，或蒸發昇天，或匯入大海，經歷著地表的水迴圈，不斷經歷著“重生”。與之相比，進入地下的水，迴圈的速度則慢的多，生命週期也因此更長。所以，提起水的年齡，主要指的是地下水的年齡。
一般來說，地下水都會經歷補給、徑流、排洩三個過程，即水從地表滲入地下，在地下流動，又從地下回到地表。這一迴圈的時間，短則幾天，長則千百萬年以上。地下水在地下停留的時間，就被稱為地下水的年齡。
如何測定地下水的年齡呢？最常用的就是同位素技術。它根據放射性元素衰變速度恆定的特性，選擇地下水中特定的放射性元素，分別測量衰變前與衰變後的放射性元素含量，來計算地下水的年齡。不同的元素衰變週期不同，因此能夠測定的年齡範圍也不同。
圖2：常用的地下水測年同位素及其定年範圍[2]
地下水在哪裡？
地下水，都分佈在哪裡呢？哪裡的地下水，年齡可能最大？
地下水主要分佈在地下岩土的孔隙、裂隙、或者溶穴中。不同的岩土體，水從其中穿行透過的能力不同。這種容許水在岩土體中運動的能力，就稱作岩土體的滲透性。岩土體的滲透性越強，水就越容易在其中穿行透過。一般來說，水在岩土體中運動的速度範圍很廣，慢者每年以毫米記，快者甚至能日行千米。
因此，針對大多數的地下水，即使運動速度再慢，經過千百萬年的時間，也往往會消失殆盡。這給尋找古老的地下水帶來了重重困難。
(a) 孔隙水 (b)裂隙水 (c) 岩溶水
圖3：孔隙水、裂隙水、岩溶水示意圖
想要尋找最古老的地下水，就要去滲透性低、水不容易逃出的地方。這樣的地方，主要有兩個：
01 流體包裹體
在岩石的礦物晶體形成時，一部分液體和氣體被困在晶體中的微小氣泡裡，就成為流體包裹體。這些包裹體的尺寸一般很小，在0.01毫米到1毫米之間，其中的液體也往往很少。這裡的液體，年齡一般比較大。
圖4：礦物晶體中的流體包裹體（圖片來自維基百科）
02 封閉的巖體裂隙
如果巖體裂隙在水進入後，由於構造運動、沉積等原因封閉，同時裂隙周圍的巖體又特別緻密，“困在”其中的裂隙水就有可能會被儲存很長的時間。這樣的裂隙水，水量比流體包裹體要大得多，是尋找古老地下水的絕佳選擇。
圖5：緻密、封閉的巖體裂隙中存在的地下水，往往可以儲存很久
最古老的地下水
2013年，科學家在加拿大安大略省蒂明斯市（Timmins, Ontario, Canada）附近的基德溪礦井( Kidd Creek Mine )2.4 km深處，發現了貯存在銅鋅礦床裂縫中的水。這裡的礦床有著近27億年的歷史，而水則被完好的密封在礦床裂縫中。鑽開巖縫，水的流量最高可達每分鐘兩升[3][4]。水量之多，讓人驚詫。
圖6：基德溪礦（Kidd Creek Mine）所在位置
圖7：基德溪礦坑外景
科學家們小心翼翼的採集了水樣，對水中所含的惰性氣體同位素氦、氖、氬和氙的含量分別進行測定，得出水的年齡至少在10億年以上。結合水中的其它元素綜合分析，這些水的年齡可能在15億年左右[3][4]。
圖8：礦坑巖體裂縫中流出的古老地下水[3]
圖9、10：科學家們在礦坑中採集水樣
圖11：該成果發表於2013年的《Nature》
2016年，在基德溪礦井的更深處（2.9 km），科學家們採集到了新的水樣，經過分析，發現這些水的平均年齡在16億歲左右，最老的甚至可能達到20億年，重新整理了此前最古老的水的紀錄[5][6]。
因此，目前已知的最古老的地下水，其年齡在16億歲以上[5][6]。
需要說明的是，由於年齡太過古老，鑑定結果存在一定誤差。鑑定方法不同，得出的結果也不盡相同。因此，比起精確的年齡值，科學家們只能確定一個大致的範圍。相信隨著科學勘探的不斷推進，技術手段的不斷提升，以及定年方法的不斷髮展，未來我們將會發現更多更古老的地下水，對其年齡的測定也會更加精確。
也許有讀者會疑惑：這樣古老的地下水，喝起來味道如何呢？答案可能會讓大家失望了。由於長時間的地下封存，水與岩石之間發生著物理化學反應，大量物質溶解在水中，造成水中礦物質含量很高，是名副其實的“礦泉水”。如果嘗一口的話，那味道一定是又苦又澀。
圖12：一天八杯水，健康永相隨。今天，你喝了多少水？
水與生命起源
尋找地球上最古老的水，也是在尋找生命起源的秘密。生命最早起源於水中。水作為生命產生的必要溶劑，其中溶解了很多重要元素和化合物，如氫、甲烷、氮、二氧化碳和氨等，水與這些物質混合、相互作用，產生了有機物。有機物聚合成更復雜的結合體，並開始生長繁殖，最早的生命就誕生了。因此，探究最古老的水中所包含的物質，是探究生命起源的重要線索。
圖13：生命的起源與進化，這一切都離不開水。（圖片來自NASA）
在基德溪礦井中採集的古老地下水中，研究人員發現其中含有豐富的甲烷和氫氣，這是支援生命活動的必要物質。此外，水中還發現了與岩石發生化學反應所產生的硫酸鹽。這說明，封閉的地下水體，具有支援生命活動的物理化學條件。在封存的地下水中，也可能存在一個多姿多彩的生命世界[3][4]。
這一發現，使得深部地下水體成為了潛在的生命宜居區域，大大擴充套件了生命活動範圍，為地球和外星的生命發現提供了新線索[5]。有關最古老的水，以及水與生命的關係，還有許多未解之謎，等待進一步探索……
參考文獻：
1、 方林茹.水從哪裡來[J].地球,2020(08):30-33.
2、 Clark I . Groundwater geochemistry and isotopes. 2015.
3、 Jessica Marshall. Reservoir deep under Ontario holds billion-year-old water[J]. Nature News ,2013
4、 G. Holland, et al, Deep fracture fluids isolated in the crust since the Precambrian era[J]. Nature 497, 357–360, 2013
5、 Sherwood Lollar, et al, Exploring the deep, ancient hydrogeosphere within Precambrian crystalline rocks using noble gases[J], AGU Fall Meeting, 2016
6、 https://www.sciencealert.com/the-world-s-oldest-water-lies-deep-below-canada-and-it-s-2-billion-years-old
編輯：萬鵬
美編：蔣青青
校對：王海波
