مدتها تصور می شد که آب زمین از ناحیه سیاره در قرص پیش سیاره ای سرچشمه نمی گیرد. در عوض، فرض بر این بود که آب و سایر مواد فرار باید بعداً در تاریخ آن از بیرون منظومه شمسی به زمین تحویل داده شده باشند. اما تحقیقات اخیر نشان می‌دهد که هیدروژن درون زمین در شکل‌گیری اقیانوس نقش داشته است. این دو ایده متقابل نیستند، زیرا شواهدی نیز وجود دارد که نشان می‌دهد آب از طریق برخورد سیاره‌های کوچک یخی شبیه به سیارک‌ها در لبه‌های بیرونی کمربند سیارک‌ها به زمین رسیده است

یکی از عوامل در تخمین زمانی که آب روی زمین ظاهر شد این است که آب به طور مداوم در فضا از دست می رود. مولکول های H2O در اتمسفر توسط فتولیز شکسته می شوند و اتم های هیدروژن آزاد گاهی می توانند از کشش گرانشی زمین فرار کنند (نگاه کنید به: فرار جوی). زمانی که زمین جوان تر و جرم کمتری داشت، آب به راحتی در فضا از بین می رفت. انتظار می‌رود عناصر سبک‌تری مانند هیدروژن و هلیوم به‌طور مداوم از جو نشت کنند، اما نسبت‌های ایزوتوپی گازهای نجیب سنگین‌تر در جو مدرن نشان می‌دهد که حتی عناصر سنگین‌تر در جو اولیه نیز در معرض تلفات قابل‌توجهی بوده‌اند به طور خاص، زنون برای محاسبات از دست دادن آب در طول زمان مفید است. نه تنها یک گاز نجیب است (و بنابراین از طریق واکنش های شیمیایی با عناصر دیگر از جو حذف نمی شود)، بلکه مقایسه بین 9 ایزوتوپ پایدار آن در جو مدرن نشان می دهد که زمین حداقل یک اقیانوس آب را در اوایل سال از دست داده است. هر گونه آبی روی زمین در طول دوره بعدی برافزایش آن در اثر برخورد ماه (حدود 4.5 میلیارد سال پیش) مختل شده است، که احتمالاً بخش زیادی از پوسته زمین و گوشته بالایی را تبخیر کرده و یک جو بخار سنگی در اطراف سیاره جوان ایجاد کرده است. بخار سنگ در طی دو هزار سال متراکم می‌شد و مواد فرار داغی را از خود به جای می‌گذاشت که احتمالاً منجر به یک اتمسفر بیشتر دی اکسید کربن با هیدروژن و بخار آب می‌شد. پس از آن، اقیانوس های آب مایع ممکن است با وجود دمای سطح 230 درجه سانتی گراد (446 درجه فارنهایت)به دلیل افزایش فشار جوی اتمسفر CO2 وجود داشته باشند. با ادامه سرد شدن، بیشتر CO2 از جو با فرورانش و انحلال در آب اقیانوس حذف شد، اما سطوح به‌عنوان چرخه جدید سطح و گوشته نوسان کردند.

همچنین شواهد زمین شناسی وجود دارد که به محدود کردن چارچوب زمانی آب مایع موجود بر روی زمین کمک می کند. نمونه ای از بازالت بالشی (نوعی سنگ تشکیل شده در طی فوران زیر آب) از کمربند ایسوا گرین استون به دست آمد و شواهدی را ارائه می دهد که 3.8 میلیارد سال پیش آب روی زمین وجود داشته است. در کمربند گرین استون Nuvvuagittuq، کبک، کانادا، سنگ هایی با قدمت 3.8 میلیارد سال توسط یک مطالعه و 4.28 میلیارد سال توسط مطالعه دیگر شواهدی از وجود آب در این سنین را نشان می دهند. اگر اقیانوس‌ها زودتر از این زمان وجود داشته‌اند، شواهد زمین‌شناسی یا هنوز کشف نشده است یا از آن زمان توسط فرآیندهای زمین‌شناسی مانند بازیافت پوسته از بین رفته است. اخیراً، در آگوست 2020، محققان گزارش دادند که آب کافی برای پر کردن اقیانوس‌ها ممکن است از ابتدای شکل‌گیری سیاره همیشه روی زمین بوده باشد

برخلاف سنگ‌ها، کانی‌هایی به نام زیرکون در برابر هوازدگی و فرآیندهای زمین‌شناسی بسیار مقاوم هستند و به همین دلیل برای درک شرایط در زمین اولیه استفاده می‌شوند. شواهد کانی‌شناسی زیرکن‌ها نشان داده‌اند که آب مایع و اتمسفر باید 0.008 ± 4.404 میلیارد سال پیش، خیلی زود پس از شکل‌گیری زمین، وجود داشته باشنداین تا حدودی یک تناقض را نشان می‌دهد، زیرا فرضیه سرد اولیه زمین نشان می‌دهد که دماها به اندازه‌ای سرد بوده که آب را بین 4.4 تا 4.0 میلیارد سال قبل منجمد کند. سایر مطالعات زیرکون های یافت شده در سنگ هادین استرالیا به وجود تکتونیک صفحه ای در اوایل 4 میلیارد سال پیش اشاره دارد. اگر درست باشد، به این معنی است که به جای یک سطح داغ و مذاب و جوی پر از دی اکسید کربن، سطح زمین اولیه بسیار شبیه به امروز بود. عمل تکتونیک صفحه ای مقادیر زیادی CO2 را به دام می اندازد، در نتیجه اثرات گلخانه ای را کاهش می دهد، و منجر به دمای سطح بسیار سردتر، و تشکیل سنگ جامد و آب مایع می شود

در حالی که بیشتر سطح زمین توسط اقیانوس ها پوشیده شده

، این اقیانوس ها تنها بخش کوچکی از جرم سیاره را تشکیل می دهند. جرم اقیانوس های زمین 1.37 × 1021 کیلوگرم تخمین زده می شود که 0.023٪ از کل جرم زمین، 6.0 × 1024 کیلوگرم است. تخمین زده می شود که 5.0 × 1020 کیلوگرم آب اضافی در یخ، دریاچه ها، رودخانه ها، آب های زیرزمینی و بخار آب اتمسفر وجود داشته باشد. مقدار قابل توجهی آب نیز در پوسته، گوشته و هسته زمین ذخیره می شود. برخلاف H2O مولکولی که در سطح یافت می‌شود، آب در داخل عمدتاً در کانی‌های هیدراته یا به‌عنوان مقادیر ناچیز هیدروژن متصل به اتم‌های اکسیژن در کانی‌های بی آب وجود دارد. سیلیکات های هیدراته روی سطح، آب را به داخل گوشته در مرزهای صفحه همگرا منتقل می کنند، جایی که پوسته اقیانوسی در زیر پوسته قاره فرورانش می کند. در حالی که تخمین کل محتوای آب گوشته به دلیل نمونه های محدود دشوار است، تقریباً سه برابر جرم اقیانوس های زمین می تواند در آنجا ذخیره شود. به طور مشابه، هسته زمین می تواند حاوی چهار تا پنج اقیانوس هیدروژن باشد.

فرضیه هایی برای منشاء آب زمین

منابع فراسیاره ای

آب دمای تراکم بسیار کمتری نسبت به سایر مواد تشکیل دهنده سیارات زمینی منظومه شمسی مانند آهن و سیلیکات دارد. منطقه نزدیکترین قرص پیش سیاره ای به خورشید در اوایل تاریخ منظومه شمسی بسیار داغ بود و امکان پذیر نیست که اقیانوس های آب در هنگام شکل گیری با زمین متراکم شوند. علاوه بر خورشید جوان که دمای آن سردتر بود، آب می‌تواند متراکم شود و سیاره‌های کوچک یخی را تشکیل دهد. مرز منطقه ای که یخ می تواند در اوایل منظومه شمسی تشکیل شود، به عنوان خط یخبندان (یا خط برف) شناخته می شود، و در کمربند سیارکی مدرن، بین 2.7 تا 3.1 واحد نجومی (AU) از خورشید قرار دارد. بنابراین ضروری است که اجرام فراتر از خط یخبندان – مانند دنباله‌دارها، اجرام فرا نپتونی و شهاب‌سنگ‌های غنی از آب (پیش سیاره‌ها) – آب را به زمین برسانند. با این حال، زمان این تحویل هنوز مورد سوال است. یک فرضیه ادعا می کند که زمین در حدود 4.5 میلیارد سال پیش، زمانی که 60 تا 90 درصد اندازه فعلی خود بود، سیارات کوچک یخی را جمع کرد (به تدریج با انباشته شدن آنها رشد کرد). در این سناریو، زمین توانست آب را به شکلی در طول برافزایش و رویدادهای ضربه بزرگ حفظ کند. این فرضیه با شباهت‌های فراوانی و نسبت ایزوتوپ‌های آب بین قدیمی‌ترین شهاب‌سنگ‌های کندریتی کربنی شناخته‌شده و شهاب‌سنگ‌های وستا، که هر دو از کمربند سیارکی منظومه شمسی سرچشمه می‌گیرند، پشتیبانی می‌شود. همچنین توسط مطالعات نسبت‌های ایزوتوپ‌های اسمیم پشتیبانی می‌شود، که نشان می‌دهد مقدار قابل توجهی آب در موادی که زمین در اوایل جمع‌آوری کرده بود، وجود داشت. اندازه‌گیری‌های ترکیب شیمیایی نمونه‌های قمری جمع‌آوری‌شده توسط ماموریت‌های آپولو 15 و 17 بیشتر از این حمایت می‌کند و نشان می‌دهد که آب قبل از تشکیل ماه روی زمین وجود داشته است

یکی از مشکلات این فرضیه این است که نسبت ایزوتوپ های گاز نجیب جو زمین با نسبت های گوشته آن متفاوت است، که نشان می دهد آنها از منابع مختلفی تشکیل شده اند. برای توضیح این مشاهدات، یک نظریه به اصطلاح “روکش دیرهنگام” ارائه شده است که در آن آب بسیار دیرتر در تاریخ زمین، پس از برخورد ماه ایجاد شده است. با این حال، درک کنونی از شکل‌گیری زمین اجازه می‌دهد که کمتر از 1% از مواد زمین پس از تشکیل ماه برافزایش پیدا کند، که به این معناست که موادی که بعداً جمع شده‌اند باید بسیار غنی از آب بوده باشند. مدل‌های دینامیک اولیه منظومه شمسی نشان داده‌اند که اگر مشتری به خورشید نزدیک‌تر می‌شد، سیارک‌های یخی می‌توانستند در این دوره به درون منظومه شمسی (از جمله زمین) تحویل داده شوند

با این حال، فرضیه سوم، که با شواهدی از نسبت های ایزوتوپ مولیبدن پشتیبانی می شود، نشان می دهد که زمین بیشتر آب خود را از همان برخورد بین سیاره ای که باعث شکل گیری ماه شد، به دست آورده است.