Земля формировалась около 4,56 млрд лет назад из протопланетного диска, содержащего газо-пылевую смесь, богатую элементами водорода, кислорода, углерода, азота и другими легкими элементами. В условиях высокой температуры на ранней стадии аккреции вода существовала в основном в виде гидроксильных групп, включённых в минералы, а не как свободная жидкость. Основные механизмы, приводящие к накоплению воды, включают:
Внеземное поступление через кометы и астероиды. К водородсодержащим телам относятся, прежде всего, ледяные кометы и углеродистые хондриты. Исследования изотопного состава водорода (отношение D/H — дейтерий/протий) показывают, что значительная часть земной воды могла быть доставлена именно такими телами после аккреции планеты. Особое значение имеют CI- и CM-хондриты, обладающие высоким содержанием гидратированных минералов.
Внутренние процессы дегидратации мантии. Минералы верхней мантии, такие как амфиболы и серпентиниты, способны удерживать воду в кристаллической структуре. При высокой температуре и давлении часть этой воды высвобождается в виде водяного пара через магматические процессы, что способствовало формированию первичной атмосферы и гидросферы.
Химические реакции в первичной атмосфере. На ранней Земле водород и кислород могли образовывать воду в реакции с оксидами металлов, например, FeO + H₂O ↔︎ Fe + H₂O, или через восстановительно-окислительные процессы при взаимодействии магмы с углеродсодержащими соединениями.
Изотопные соотношения кислорода (¹⁶O, ¹⁷O, ¹⁸O) и водорода позволяют восстановить происхождение воды. Данные показывают, что:
Несмотря на высокую температуру ранней Земли и частые крупные столкновения с планетезималями, вода сохранялась благодаря:
Модели динамики Солнечной системы указывают на позднюю тяжелую бомбардировку (~4,1–3,8 млрд лет назад), когда большое количество комет и астероидов достигло поверхности Земли. Эти тела могли в значительной мере увеличить запасы океанов, при этом химический состав их воды подтверждается совпадением D/H с океанской водой.
После поступления на Землю вода активно взаимодействовала с минералами мантии и коры, участвуя в образовании гидротермальных систем, метаморфических преобразованиях и формировании ранних осадочных слоёв. Влияние воды на термодинамику магматических процессов обеспечило:
Комплекс данных из изотопной химии, минералогии и динамических моделей формирования Солнечной системы позволяет утверждать, что земная вода имеет комбинированное происхождение:
Этот многоканальный процесс обеспечил формирование стабильной гидросферы, ставшей ключевым фактором для развития геохимических циклов и жизни на планете.