물의 기원
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1. 개요
물의 기원은 지구에 물이 어떻게 왔는지에 대한 여러 가설과 지구의 물 저장량, 그리고 물의 동위원소 분석을 다룬다. 지구의 물은 지구의 초기 역사 동안 수소 원자의 소실과 달 형성 충돌, 그리고 그 이후의 지질학적 과정 속에서 변화해 왔다. 지구의 물은 표면뿐만 아니라 지각, 맨틀, 핵에도 존재하며, 물의 기원에 대해서는 외계 기원설이 유력하다. 외계 기원설은 소행성이나 혜성과 같은 천체들이 지구에 물을 가져왔다는 가설로, 특히 탄소질 콘드라이트 운석이 지구의 물과 동위원소 비율이 유사하여 주요 공급원으로 추정된다. 혜성은 지구의 물과 다른 동위원소 비율을 보여주며, 혜성만으로는 지구의 물을 설명하기 어렵다.
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| 물의 기원 | |
|---|---|
| 물의 기원 | |
| 주요 가설 | |
| 외인 기원 | 지구 형성 후 혜성이나 소행성 등 외부 천체가 물을 운반했다는 가설 |
| 내인 기원 | 지구 형성 시 원시 지구 내에 포함되어 있던 물질에서 물이 생성되었다는 가설 |
| 외인 기원론의 상세 내용 | |
| 혜성 충돌 | 혜성이 지구에 충돌하면서 물을 공급했다는 주장 문제점: 혜성의 중수소/수소 비율이 지구의 물과 다르다는 연구 결과가 존재 |
| 소행성 충돌 | 탄소질 콘드라이트와 같은 소행성이 지구에 물을 공급했다는 주장 탄소질 콘드라이트의 중수소/수소 비율이 지구의 물과 유사하다는 연구 결과가 존재 |
| 내인 기원론의 상세 내용 | |
| 화산 활동 | 지구 내부의 마그마에서 수증기가 방출되어 물이 형성되었다는 주장 원시 지구의 맨틀에 물을 함유한 광물이 존재했다는 증거 존재 |
| 맨틀 광물 | 원시 지구 맨틀에 존재했던 광물(예: 링우다이트)이 물을 함유하고 있다가 지각 변동 등을 통해 방출되었다는 주장 |
| 논쟁 및 추가 연구 | |
| 중수소/수소 비율 | 지구 물의 기원을 밝히는 데 중요한 지표로 사용됨 |
| 추가 연구 필요성 | 지구 물의 기원에 대한 논쟁은 현재 진행 중이며, 추가적인 연구가 필요함 |
2. 지구의 물의 역사
지구의 물이 언제 어떻게 나타났는지는 정확히 밝혀지지 않았지만, 여러 증거를 통해 그 역사를 추정할 수 있다.
지구 대기 중의 물은 광분해로 인해 수소 원자가 대기 탈출을 통해 우주로 지속적으로 소실되고 있다. 지구가 더 젊고 질량이 적었을 때는 이러한 현상이 더 활발했을 것으로 추정된다.[4] 특히, 제논 동위원소 분석을 통해 지구가 초기 역사에 상당량의 물을 잃었음을 알 수 있다.[5]
달 형성 충돌 (약 45억 년 전) 이전 지구에 물이 존재했더라도, 충돌 과정에서 대부분 증발했을 것이다.[6][7] 이후 냉각 과정을 거치면서 섭입 등으로 이산화탄소가 제거되고, 액체 상태의 물이 다시 나타났을 것으로 보인다.[8]
Isua Greenstone Belt와 Nuvvuagittuq Greenstone Belt에서 발견된 암석들은 38억 년 전에서 42.8억 년 전 사이에 이미 지구에 물이 존재했음을 보여준다.[9] 지르콘 광물 분석 결과는 액체 물과 대기가 44.04 ± 0.008억 년 전, 즉 지구 형성 직후에 존재했음을 시사한다.[15][16][17][18] 이는 차가운 초기 지구 가설과는 상반되는 결과이다.
일부 연구에서는 지르콘을 통해 40억 년 전 판 구조론의 존재를 추정하기도 한다. 판 구조론은 이산화탄소를 가두어 온실 효과를 감소시키고, 결과적으로 액체 물의 형성에 기여했을 수 있다.[19]
2. 1. 지구 대기에서의 물의 손실
지구 대기의 H2O 분자는 광분해로 분리되며, 그 결과 생성된 자유 수소 원자는 대기 탈출을 통해 지구의 중력을 벗어날 수 있다. 지구가 더 젊고 질량이 적었을 때는 물이 우주로 더 쉽게 소실될 수 있었다.[4] 수소와 헬륨 같은 가벼운 원소는 대기에서 지속적으로 유출될 것으로 예상되지만, 현대 대기 중 무거운 희가스의 자연 풍부도의 동위원소 비는 초기 대기에서도 무거운 원소가 상당한 손실을 겪었음을 시사한다.[4] 특히, 제논은 시간에 따른 물 손실을 계산하는 데 유용하다. 제논은 희가스이기 때문에 다른 원소와 화학 반응을 통해 대기에서 제거되지 않으며, 현대 대기에서 9개의 안정적인 동위원소 풍부도를 비교하면 지구가 Hadean과 Archean 대 사이에 최소한 한 바다의 물을 잃었다는 것을 알 수 있다.[5]2. 2. 초기 지구의 물의 존재
지구에 물이 언제 등장했는지를 추정하는 한 가지 방법은 물이 지속적으로 우주로 소실되고 있다는 점을 고려하는 것이다. 대기 중의 물 분자(H₂O)는 광분해되어 자유 수소 원자가 되고, 이 수소 원자들은 대기 탈출을 통해 지구 중력을 벗어날 수 있다. 지구가 더 젊고 질량이 작았을 때는 물이 우주로 더 쉽게 빠져나갔을 것이다.[4]달 형성 충돌(약 45억 년 전) 시기에는 지구 후기 강착 과정에서 물이 존재했더라도, 이 충돌로 인해 지구 지각과 상부 맨틀 대부분이 증발하면서 물이 파괴되었을 것이다. 이로 인해 젊은 행성 주변에는 암석-증기 대기가 형성되었을 것이다.[6][7] 암석 증기는 2,000년 이내에 응축되어 뜨거운 휘발성 물질을 남겼고, 이는 이산화 탄소 대기와 수소, 수증기를 생성했을 것이다. 이후 액체 물 바다는 높은 표면 온도에도 불구하고 이산화탄소 대기의 증가된 대기압 때문에 존재했을 수 있다. 냉각이 계속되면서 대부분의 이산화탄소는 섭입과 해양에 용해되어 대기에서 제거되었지만, 새로운 표면 및 맨틀 순환이 나타나면서 농도가 크게 변동했다.[8]
지질학적 증거는 지구에 액체 물이 존재했던 기간을 제한하는 데 도움이 된다. Isua Greenstone Belt에서 회수된 베개 현무암(수중 화산 폭발 시 형성되는 암석) 샘플은 38억 년 전에 지구에 물이 존재했다는 증거를 제공한다.[9] 캐나다 퀘벡의 Nuvvuagittuq Greenstone Belt에서 발견된 38억 년 된 암석[10]과 42.8억 년 된 암석[11]에서도 이 시대에 물이 존재했다는 증거가 나타났다.[9] 이보다 더 이른 시기에 바다가 존재했다는 지질학적 증거는 아직 발견되지 않았다. 2020년 8월, 연구자들은 바다를 채울 만큼 충분한 물이 행성 형성 초기부터 지구에 항상 있었을 수 있다고 보고했다.[12][13][14]
2. 2. 1. 지르콘과 초기 지구 환경
지구에 물이 언제 나타났는지 추정하는 방법 중 하나는 물이 우주로 계속 손실된다는 점을 고려하는 것이다. 대기 중의 물 분자(H₂O)는 광분해에 의해 분해되고, 생성된 수소 원자는 대기 탈출을 통해 지구 중력을 벗어날 수 있다. 지구가 더 어리고 질량이 작았을 때는 물이 더 쉽게 우주로 빠져나갔을 것이다. 수소와 헬륨처럼 가벼운 원소는 대기에서 계속 새어 나갈 것으로 예상되지만, 현대 대기 중 무거운 희가스의 존재 비율과 동위원소 비를 통해 초기 대기에서도 무거운 원소가 상당량 손실되었음을 알 수 있다.[4] 특히, 제논은 시간에 따른 물 손실을 계산하는 데 유용하다. 제논은 희가스이기 때문에 다른 원소와 화학 반응을 통해 대기에서 제거되지 않으며, 현대 대기에서 9개의 안정적인 동위원소의 존재 비율을 비교하면 지구가 Hadean과 Archean 대 사이에 최소한 바다 하나 분량의 물을 잃었다는 것을 알 수 있다.[5]지구의 후기 강착 과정에서 물이 존재했다면 달 형성 충돌(약 45억 년 전)로 파괴되었을 것이다. 이 충돌은 지구 지각과 상부 맨틀 대부분을 증발시켜 암석-증기 대기를 만들었을 것이다.[6][7] 암석 증기는 2,000년 안에 응축되어 뜨거운 휘발성 물질을 남겼고, 이는 이산화 탄소 대기와 수소, 수증기를 생성했을 것이다. 이후 액체 물 바다는 높은 표면 온도에도 불구하고 이산화탄소 대기의 증가된 대기압 때문에 존재했을 수 있다. 냉각이 계속되면서 대부분의 이산화탄소는 섭입과 해양에 용해되어 대기에서 제거되었지만, 새로운 표면 및 맨틀 순환이 나타나면서 농도가 크게 변동했다.[8]
지질학적 증거는 지구에 액체 물이 존재했던 기간을 제한하는 데 도움이 된다. Isua Greenstone Belt에서 회수된 베개 현무암(수중 화산 폭발 시 형성되는 암석) 샘플은 38억 년 전에 지구에 물이 존재했다는 증거를 제공한다.[9] 캐나다 퀘벡의 Nuvvuagittuq Greenstone Belt에서 발견된 38억 년 된 암석[10]과 42.8억 년 된 암석[11]에서도 이 시대에 물이 존재했다는 증거가 나타났다.[9] 이보다 더 이른 시기에 바다가 존재했다는 지질학적 증거는 아직 발견되지 않았다. 2020년 8월, 연구자들은 바다를 채울 만큼 충분한 물이 행성 형성 초기부터 지구에 항상 있었을 수 있다고 보고했다.[12][13][14]
지르콘은 풍화 작용과 지질학적 과정에 매우 강한 광물로, 초기 지구 상태를 이해하는 데 사용된다. 지르콘의 광물학적 증거는 액체 물과 대기가 지구 형성 직후인 44.04 ± 0.008억 년 전에 존재했음을 보여준다.[15][16][17][18] 이는 차가운 초기 지구 가설에서 약 44억 년 전에서 40억 년 사이에 온도가 물을 얼릴 만큼 충분히 낮았다는 주장과 모순된다. 호주 Hadean 암석에서 발견된 다른 지르콘 연구는 40억 년 전부터 판 구조론의 존재를 시사한다. 만약 사실이라면, 초기 지구 표면은 뜨겁고 용융된 상태에 이산화탄소로 가득 찬 대기가 아니라 오늘날과 거의 비슷했다는 것을 의미한다. 판 구조론의 작용은 막대한 양의 이산화탄소를 가두어 온실 효과를 감소시키고, 훨씬 더 낮은 표면 온도와 고체 암석 및 액체 물의 형성을 초래했을 것이다.[19]
3. 지구의 물 저장량
지구 표면의 대부분은 바다로 덮여 있지만, 이 바다는 지구 질량의 작은 부분만을 차지한다. 지구 바다의 질량은 1.37E으로 추정되며, 이는 지구 전체 질량 6E의 0.023%에 해당한다. 추가로 5E의 물이 얼음, 호수, 강, 지하수 및 대기 중 수증기에 존재한다고 추정된다.[20] 상당한 양의 물은 또한 지구의 지각, 맨틀, 그리고 핵에 저장되어 있다. 표면에서 발견되는 분자 H2O와 달리, 내부의 물은 주로 수화된 광물 형태로 존재하거나 무수 광물 내 산소 원자에 결합된 미량의 수소 형태로 존재한다.[21] 표면의 수화된 규산염은 섭입대에서 해양 지각이 대륙 지각 아래로 섭입되면서 물을 맨틀로 수송한다. 제한된 표본으로 인해 맨틀의 총 수분 함량을 추정하기는 어렵지만, 지구 바다 질량의 약 3배에 해당하는 물이 맨틀에 저장될 수 있다.[21] 마찬가지로, 지구의 핵은 4~5개의 바다에 해당하는 수소량을 포함할 수 있다.[20][22]
4. 지구의 물의 기원에 대한 가설
지구의 물 기원에 대한 가설은 현재까지 명확하게 밝혀지지 않았으며, 다양한 가설들이 존재한다.
지구의 물은 지속적으로 우주로 소실되고 있다. 대기 중의 물 분자는 광분해되어 수소 원자가 되고, 이 수소 원자는 지구 중력을 벗어날 수 있다. (대기 탈출 참고) 과거 지구가 더 젊고 질량이 작았을 때는 물이 우주로 더 쉽게 소실될 수 있었다.
물은 철이나 규산염보다 응축 온도가 낮다. 원시 행성계 원반에서 태양과 가까운 곳은 매우 뜨거워 물이 응축되기 어려웠다. 태양에서 멀리 떨어진, 온도가 낮은 곳에서 물은 얼음 미행성체를 형성할 수 있었다. 초기 태양계에서 얼음 형성 지역 경계는 어는점으로 불리며, 태양으로부터 약 2.7~3.1 천문 단위(AU) 사이인 현재의 소행성대에 위치한다.[23][24] 따라서 혜성, 해왕성 바깥 천체, 물이 풍부한 유성체 등이 지구에 물을 전달했을 것으로 추정되지만, 그 시기는 불분명하다.
이러한 지구의 물 기원과 관련하여, 크게 강착 가설, 후기 베니어 가설, 거대 충돌 가설 등 여러 가설이 존재한다.
4. 1. 외계 기원설
지구의 물은 지속적으로 우주로 소실되고 있다. 대기 중의 H2O 분자는 광분해로 분리되며, 그 결과로 나오는 자유 수소 원자들은 대기 탈출을 할 수 있다. 지구가 더 젊고 질량이 적었다면 물은 우주로 더 쉽게 소실되었을 것이다.물은 태양계의 지구형 행성을 구성하는 다른 물질(철, 규산염 등)보다 응축 온도가 훨씬 낮다. 원시 행성계 원반에서 태양과 가까운 지역은 매우 뜨거워 지구 형성 시 바닷물이 응축되었을 가능성은 없다. 태양에서 멀리 떨어진, 온도가 낮은 곳에서 물은 응축되어 얼음 미행성체를 형성할 수 있었다. 초기 태양계에서 얼음 형성 지역 경계는 어는점(눈선)으로 불리며, 대략 태양으로부터 2.7~3.1 천문 단위(AU) 사이의 현대 소행성대에 위치한다.[23][24] 따라서 혜성, 해왕성 바깥 천체, 물이 풍부한 유성체(원시 행성) 등 어는점 너머에서 형성된 물체들이 지구에 물을 전달했을 것으로 추정되지만, 그 시기는 불분명하다.
이러한 지구의 물 기원과 관련하여, 강착 가설, 후기 베니어 가설, 거대 충돌 가설 등 여러 가설이 존재한다.
4. 1. 1. 강착 (천체물리학) 가설
태양계의 지구형 행성을 구성하는 다른 물질(철, 규산염 등)보다 물은 응축 온도가 훨씬 낮다. 원시 행성계 원반에서 태양과 가까운 지역은 매우 뜨거웠기 때문에, 지구 형성 시 바닷물이 응축되었을 가능성은 없다. 어린 태양에서 멀리 떨어진, 온도가 낮은 곳에서는 물이 응축되어 얼음 미행성체를 형성할 수 있었다. 초기 태양계에서 얼음이 형성될 수 있는 지역의 경계는 어는점(눈선)으로 알려져 있으며, 대략 태양으로부터 2.7~3.1 천문 단위(AU) 사이의 현대 소행성대에 위치한다.[23][24] 따라서, 혜성, 해왕성 바깥 천체, 물이 풍부한 유성체 (원시 행성)와 같이 어는점 너머에서 형성된 물체들이 지구에 물을 전달해야 하는데, 이 시기는 불분명하다.한 가설에 따르면, 지구는 약 45억 년 전 현재 크기의 60~90%였을 때 얼음 미행성체를 강착(축적)하여 성장했다.[21] 이 시나리오에서 지구는 강착 및 주요 충돌 사건 동안 물을 유지할 수 있었다. 이 가설은 가장 오래된 탄소질 콘드라이트 운석과 베스타에서 온 운석 사이의 물의 풍부도와 동위원소 비율의 유사성, 오스뮴 동위원소 비율 연구, 아폴로 15호와 17호 임무에서 수집된 달 샘플의 화학 조성 측정 결과 등에 의해 뒷받침된다.[25][26][27][28][29]
그러나 지구 대기의 희귀 기체 동위원소 비율이 맨틀의 동위원소 비율과 다르다는 문제점이 있는데, 이는 서로 다른 출처에서 형성되었음을 시사한다.[30][31] 이를 설명하기 위해 달 형성 충돌 이후 지구 역사 훨씬 뒤에 물이 전달되었다는 "후기 베니어" 이론이 제안되었다. 하지만 현재 지구 형성 모델은 달 형성 후 지구 물질의 1% 미만이 강착될 수 있도록 허용하며, 이는 나중에 강착된 물질이 물이 매우 풍부해야 함을 의미한다. 초기 태양계 역학 모델은 목성이 태양에 더 가까이 이동했을 경우 이 기간 동안 얼음 소행성이 지구를 포함한 내부 태양계로 전달될 수 있음을 보여주었다.[32]
2019년 연구에서는 몰리브덴 동위원소 비율에 대한 증거를 바탕으로 지구가 행성 간 충돌로부터 대부분의 물을 얻었다는 가설이 제안되었다.[33] 이 증거에 따르면 지구 맨틀의 몰리브덴 동위원소 조성은 외부 태양계에서 기원하며, 지구로 물을 가져왔을 가능성이 높다. 거대 충돌 가설에서 테이아로 불리는 행성이 45억 년 전에 지구와 충돌하여 달을 형성했는데, 테이아가 내부 태양계가 아닌 외부 태양계에서 기원했을 수 있으며, 물과 탄소 기반 물질을 함께 가져왔을 수 있다는 것이다.[33]
4. 1. 2. 후기 베니어 가설
태양계의 지구형 행성을 구성하는 다른 물질보다 물은 응축 온도가 훨씬 낮다. 원시 행성계 원반에서 태양과 가까운 지역은 매우 뜨거웠기 때문에, 지구 형성 시기에 바닷물이 응축되었을 가능성은 없다. 온도가 낮은, 태양에서 더 멀리 떨어진 곳에서는 물이 응축되어 얼음 미행성체를 형성할 수 있었다. 초기 태양계에서 얼음이 형성될 수 있는 지역의 경계는 어는점으로 알려져 있으며, 대략 태양으로부터 2.7~3.1 천문 단위(AU) 사이의 현대 소행성대에 위치한다.[23][24] 따라서, 혜성, 해왕성 바깥 천체, 물이 풍부한 유성체 등 어는점 너머에서 형성된 물체들이 지구에 물을 전달했을 것으로 추정되나, 그 시기는 불분명하다.이러한 의문을 해결하기 위해 제기된 가설 중 하나가 "후기 베니어" 가설이다. 지구 대기의 희귀 기체 동위원소 비율과 맨틀의 동위원소 비율이 다르다는 점은[30][31] 이 가설의 근거가 된다. 두 비율이 다르다는 것은 서로 다른 출처에서 형성되었음을 시사하기 때문이다. 이 관측 결과를 설명하기 위해 달 형성 충돌 이후 지구의 역사에서 훨씬 뒤늦게 물이 전달되었다는 "후기 베니어" 가설이 제안되었다.
하지만 현재 지구 형성 모델은 달이 형성된 후 지구 물질의 1% 미만이 강착될 수 있도록 허용하며, 이는 나중에 강착된 물질이 물이 매우 풍부해야 함을 의미한다. 초기 태양계 역학 모델은 목성이 태양에 더 가까이 이동했을 경우 이 기간 동안 얼음 소행성이 지구를 포함한 내부 태양계로 전달될 수 있음을 보여주었다.[32]
4. 1. 3. 거대 충돌 가설과 외계 기원
지구의 물은 지속적으로 우주로 소실되고 있다. 대기 중의 물 분자는 광분해되어 수소 원자가 되고, 이 수소 원자는 지구 중력을 벗어날 수 있다. (대기 탈출 참고) 과거 지구가 더 젊고 질량이 작았을 때는 물이 우주로 더 쉽게 소실될 수 있었다.물은 철이나 규산염보다 응축 온도가 낮다. 원시 행성계 원반에서 태양과 가까운 곳은 매우 뜨거워 물이 응축되기 어려웠다. 태양에서 멀리 떨어진, 온도가 낮은 곳에서 물은 얼음 미행성체를 형성할 수 있었다. 초기 태양계에서 얼음 형성 지역 경계는 어는점으로 불리며, 태양으로부터 약 2.7~3.1 천문 단위(AU) 사이인 현재의 소행성대에 위치한다.[23][24] 따라서 혜성, 해왕성 바깥 천체, 물이 풍부한 유성체 등이 지구에 물을 전달했을 것으로 추정되지만, 그 시기는 불분명하다.
한 가설에 따르면, 지구는 약 45억 년 전 현재 크기의 60~90%였을 때 얼음 미행성체를 강착하여 물을 얻었다.[21] 이 가설은 탄소질 콘드라이트 운석과 베스타 운석의 물 풍부도 및 동위원소 비율 유사성,[25][26] 오스뮴 동위원소 비율 연구,[27][28] 아폴로 15호와 17호의 달 샘플 분석 결과[29] 등으로 뒷받침된다.
그러나 지구 대기와 맨틀의 희귀 기체 동위원소 비율 차이[30][31] 때문에, 달 형성 충돌 이후 지구 역사 후기에 물이 전달되었다는 "후기 베니어" 이론도 제기되었다. 지구 형성 모델에 따르면 달 형성 후 지구 물질의 1% 미만이 강착될 수 있는데, 이는 나중에 강착된 물질이 물이 매우 풍부해야 함을 의미한다. 초기 태양계 역학 모델은 목성이 태양에 더 가까이 이동했을 때 얼음 소행성이 지구를 포함한 내부 태양계로 전달될 수 있음을 보여주었다.[32]
2019년 연구에서는 몰리브덴 동위원소 비율 증거를 바탕으로, 지구가 달 형성을 유발한 행성 간 충돌에서 대부분의 물을 얻었다는 가설이 제시되었다.[33] 이 증거에 따르면 지구 맨틀의 몰리브덴 동위원소 조성은 외부 태양계에서 기원했으며, 이는 지구로 물을 가져왔을 가능성을 시사한다. 거대 충돌 가설에서 테이아는 45억 년 전 지구와 충돌하여 달을 형성했는데, 테이아가 내부 태양계가 아닌 외부 태양계에서 기원하여 물과 탄소 기반 물질을 가져왔을 수 있다.[33]
5. 태양계 물의 지구화학적 분석
중수소 대 수소(D/H) 비율은 태양계의 다른 물 저장소와 지구의 물을 비교하는 데 사용되는 고유한 "화학적 지문"과 같다. 수소는 우주에서 가장 풍부한 원소이며, 중수소는 H2O와 같은 분자에서 수소 원자를 대신할 수 있는 무거운 동위원소이다. 대부분의 중수소는 빅뱅 또는 초신성에서 생성되었기 때문에, 원시 태양 성운 전체에 걸친 불균일한 분포는 태양계 형성 초기에 사실상 고정되었다.[34] 지구와 태양계 다른 얼음 천체의 D/H 비율을 연구함으로써 지구 물의 기원을 파악할 수 있다.
여러 지구화학 연구에 따르면, 소행성이 지구 물의 주요 공급원일 가능성이 높다.[40] 특히, 탄소질 콘드라이트는 해수와 가장 유사한 동위원소 수준을 가지고 있다.[41][42] 반면, 혜성 기원설은 혜성의 D/H 비율이 해양수의 약 두 배에 달해 타당성이 떨어진다.[49][50][51][52]
5. 1. 지구
지구에 물이 언제 등장했는지를 추정할 때 고려해야 할 점은 물이 지속적으로 우주로 소실된다는 것이다. 대기 중의 H2O 분자는 광분해로 분리되며, 여기서 생성된 자유 수소 원자는 지구의 중력을 벗어날 수 있다. (대기 탈출 참고) 지구가 더 젊고 질량이 작았다면 물은 우주로 더 쉽게 빠져나갔을 것이다.지구 바닷물의 중수소 대 수소 비율(D/H)은 (1.5576 ± 0.0005) × 10−4로 매우 정확하게 알려져 있다.[35] 이 값은 지구의 물 저장소에 기여한 모든 원천의 혼합물을 나타내며, 지구 물의 기원을 식별하는 데 사용된다. 중수소 대 수소 비율은 지구 생성 시점보다 2~9배 정도 증가했는데, 이는 가벼운 동위원소가 대기 손실 과정을 통해 우주로 유출될 가능성이 더 높기 때문이다.[36] 지구 지각 아래의 수소는 이러한 과정의 영향을 덜 받기 때문에 지구 형성 당시의 D/H 비율을 더 잘 나타내는 것으로 여겨진다. 최근 분출된 용암에 포함된 지하 수소 분석 결과, 원시 지구의 D/H 비율은 현재 비율보다 218‰ 더 높았던 것으로 추정된다.[37] 지구의 D/H 비율을 시간이 지남에 따라 감소시킬 수 있는 과정은 알려져 있지 않다.[38] 이러한 가벼운 동위원소의 손실은 금성의 D/H 비율이 매우 높은 이유를 설명하는 한 가지 요인이 될 수 있다. 금성의 물은 통제 불능 온실 효과 동안 증발되었고, 이후 수소의 많은 부분을 우주로 잃었기 때문이다.[39] 지구의 D/H 비율이 시간이 지남에 따라 상당히 증가했기 때문에, 원래 행성에 전달된 물의 D/H 비율은 현재보다 낮았다. 이는 지구 물의 상당 부분이 행성의 초기 진화 동안 이미 존재했다는 시나리오와 일치한다.[20]
5. 2. 소행성
여러 지구화학 연구에서 소행성이 지구 물의 주요 공급원일 가능성이 가장 높다는 결론을 내렸다.[40] 태양계에서 가장 오래된 운석의 하위 분류인 탄소질 콘드라이트는 해수와 가장 유사한 동위원소 수준을 가지고 있다.[41][42] 특히 탄소질 콘드라이트의 CI 및 CM 하위 분류는 지구의 해수와 매우 일치하는 수소 및 질소 동위원소 수준을 가지고 있어, 이 운석의 물이 지구 바다의 근원일 수 있음을 시사한다.[43] 또한, 45억 년 된 두 개의 운석이 지구에서 발견되었는데, 이 운석에는 액체 상태의 물과 다양한 종류의 중수소 빈약한 유기 화합물이 포함되어 있어 이를 뒷받침한다.[44] 지구의 현재 중수소 대 수소 비율 또한 외곽 소행성대에 있는 소행성 베스타에서 기원하는 고대 유크라이트 콘드라이트와 일치한다.[45] CI, CM 및 유크라이트 콘드라이트는 나중에 지구에 물을 공급한 외곽 소행성대의 고대 얼음 원시 행성과 동일한 물 함량과 동위원소 비율을 가진 것으로 여겨진다.[46]추가적인 소행성 입자 연구는 태양풍의 입자에 실려 온 수소 원자가 소행성에서 산소와 결합한 후 우주 먼지 형태로 지구에 도달한다는 이론을 뒷받침했다. 원자 탐침 단층 촬영법을 사용하여, 이 연구는 일본 우주 탐사선 하야부사가 소행성 25143 이토카와에서 회수한 입자의 단일 입자 표면에서 수산화물과 물 분자를 발견했다.[47][48]
5. 3. 혜성
혜성은 먼지와 얼음으로 이루어진 킬로미터 크기의 천체로, 카이퍼 벨트(20~50 AU)와 오르트 구름(>5,000 AU)에서 기원하지만, 타원 궤도를 따라 태양계 내부로 진입한다. 혜성의 얼음 조성과 궤도는 원격 및 ''현장'' 측정을 통해 D/H 비율을 측정하는 대상이 된다.지구의 물이 혜성에서만 기원했다는 것은 타당하지 않다. 핼리 혜성, 백조 혜성, 헤일-밥 혜성, 2002T7, 터틀 혜성에서 측정한 중수소 대 수소 (D/H) 비율의 동위원소 측정값이 해양 물의 약 두 배에 달하기 때문이다.[49][50][51][52] 이러한 혜성의 D/H 비율을 사용하여 모델링한 결과, 지구의 물 중 10% 미만이 혜성에서 공급되었을 것으로 예측된다.[53]
목성형 혜성이라고 불리는 다른 단주기 혜성(20년 미만)은 카이퍼 벨트에서 기원했을 가능성이 높지만, 목성 또는 해왕성과의 중력 상호 작용에 의해 궤도가 영향을 받았다.[54] 67P/추류모프-게라시멘코는 이러한 혜성 중 하나로, ''로제타'' 우주선이 동위원소를 측정했으며, 혜성이 지구 해수의 3배에 달하는 D/H 비율을 가지고 있음을 발견했다.[55] 또 다른 목성형 혜성인 103P/하틀리 2는 D/H 비율이 지구 해수와 일치하지만, 질소 동위원소 수준이 지구와 일치하지 않는다.[52][56]
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