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        輸水拯救死海

        2020-08-06 15:25:32段景頤
        大自然探索 2020年7期
        關(guān)鍵詞:死海含鹽紅海

        段景頤

        大量地陷洞遍布如今的死海岸邊,僅在以色列境內(nèi)的死海岸邊就有約6000個地陷洞。死海水位下降是地陷洞大量出現(xiàn)的直接原因。20世紀(jì)70年代死海表面海拔為-389米,死海的水面離附近的公路不遠(yuǎn)。然而今天,死海的表面海拔已下降到-427米,從岸邊到湖邊公路的距離超過1.5千米。缺水導(dǎo)致死海的面積大大縮小。

        死海海平面下降后,大量鹽分被留在岸邊的土壤中,并脫水形成干燥的鹽晶。冬季幾次來勢兇猛的洪水滲入地下,干燥的鹽晶遇水后快速溶解在水中,滲入更深的地下。大量鹽晶從土壤中流失,這個過程將死海岸邊地面下的土壤一點(diǎn)點(diǎn)掏空,導(dǎo)致地表逐漸失去支撐,最終崩塌并形成地陷洞。

        死海水位下降導(dǎo)致岸邊出現(xiàn)大量地陷洞。

        “引紅濟(jì)死”

        數(shù)百萬年前,非洲板塊和阿拉伯板塊互相擠壓運(yùn)動,造就了死海這個地球上海拔最低的洼地。距今2萬年前,地球表面大部分被冰蓋覆蓋。當(dāng)時的死海位于冰蓋之下,被稱為“利桑湖”,充斥著大量水,面積也遠(yuǎn)超今天的死海。滄海桑田,利桑湖的面積越來越小,最終退化成加利利海、約旦河和死海。進(jìn)入21世紀(jì),死海面積不斷萎縮,這引起死海周邊國家的重視。

        來自紅海的海水或許可以拯救死海。死海的沿岸國家——巴勒斯坦、以色列和約旦大部分國土都是沙漠,從古至今都嚴(yán)重缺水。2013年12月,三國簽訂了“紅海一死海輸水工程”的戰(zhàn)略合作協(xié)議,計(jì)劃建造總長約180千米的管道,將紅海水輸入死海。該工程既能穩(wěn)定死海水位,也能通過海水淡化工廠的處理增加新的淡水來源。該工程被簡稱為“引紅濟(jì)死”,類似我國的“南水北調(diào)”工程。

        經(jīng)過多年可行性研究,科學(xué)家給出了三種可能方案。其中最優(yōu)的一種是:在紅海北端的阿卡巴灣建設(shè)抽水站,從紅海抽上來的海水將順著管道爬升220米到達(dá)管道的最高處,然后再借助重力移動174千米,一路經(jīng)過淡化工廠、水力發(fā)電廠等設(shè)施分流淡水,余下的含鹽鹵水最后匯人死海。預(yù)計(jì)到2054年,該項(xiàng)目可使死海的表面海拔上升至-416米。

        這個龐大的工程涉及許多步驟。按計(jì)劃,第一階段每年將從紅海抽取4億立方米海水,并通過淡化工廠對海水進(jìn)行淡化,每年可分離2.1億立方米淡水和1.9億立方米含鹽鹵水。淡水用于居民飲用水、發(fā)電及農(nóng)業(yè)灌溉。鹵水繼續(xù)向北輸送,并最終匯入死海,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定死海水面高度的目的。

        死??赡茏兩?/h3>

        死海雖然叫海,卻是個湖?,F(xiàn)在死海水面海拔只有-427米,湖床最深處海拔-800米。希伯來語(猶太民族的語言)中死海的字面意思是“鹽?!?。死海的含鹽率最高達(dá)34%,其鹽度是大多數(shù)海洋海水的10倍左右。如果從死海中舀出1升水倒進(jìn)鍋里熬煮,那么當(dāng)水分完全蒸發(fā)后,鍋內(nèi)會留下約250克鹽。如果有一天死海中的水被蒸發(fā)得一滴也不剩,那么死海湖盆中將留下370億噸鹽晶。這些鹽晶中30.5%是氯化鈉,其余為鎂鹽、鉀鹽和鈣鹽。

        死海是全世界礦物質(zhì)濃度最高的水體。而引紅濟(jì)死中海水淡化后產(chǎn)生的鹵水排放到死海里,會帶來什么結(jié)果?為了回答這個問題,以色列科學(xué)家將紅海水淡化后留下的鹵水與死海水按照不同比例、濃度和溫度進(jìn)行混合。

        幾個月的混合實(shí)驗(yàn)讓科學(xué)家得出一個意外結(jié)論:鹵水混入死海后,死??赡軓乃{(lán)綠色變?yōu)榘咨?。這是因?yàn)樗篮Kw中富含鈣離子,紅海水體中富含硫酸根離子。兩者混合會生成白色的石膏(硫酸鈣)結(jié)晶,這些微小的白色顆粒會漂浮在死海的上層,或許會讓死海表面呈現(xiàn)白色。

        引入紅海水也可能讓死海變紅。來自紅海的鹵水含鹽率只有7%,但死海水體的含鹽率高達(dá)34%。兩者混合將導(dǎo)致死海整體含鹽率下降,可能會讓死海變?yōu)榧t色。為什么鹽度下降會讓鹽湖變紅呢?這是因?yàn)樗篮5母啕}含量本身不適合生物生存,但如果鹽度下降到25%,那么死海就會成為杜氏鹽藻的理想繁殖場所。杜氏鹽藻身處高鹽環(huán)境中時,其體內(nèi)會產(chǎn)生大量胡蘿卜素,導(dǎo)致湖水整體變?yōu)榧t色。美國猶他州的紅色大鹽湖就是杜氏鹽藻大量繁殖的結(jié)果。和威脅全球許多水體的赤潮不同,杜氏鹽藻大量繁殖不會嚴(yán)重影響生態(tài)。只不過,引入紅海鹵水后,藍(lán)綠色的死??赡茉僖矡o緣得見。

        美國猶他大鹽湖的一湖兩色景觀。

        水錘效應(yīng)導(dǎo)致管道破損的例子。

        管道風(fēng)險(xiǎn)

        因?yàn)樗篮5钠骄}度是海水的近10倍,又因?yàn)樗篮N挥谏衬貐^(qū),所以強(qiáng)烈的蒸發(fā)讓死海很容易析出鹽晶。這些粗糙的鹽晶對管道有很強(qiáng)的腐蝕性,并且會劃傷、割裂或堵塞管道。紅海海水淡化工廠的管道必須每三個月更換一次。修建管道選擇什么材料也很讓人頭痛:橡膠管易磨損,無法抵抗惡劣天氣,更換和維護(hù)費(fèi)用還很貴;鋼管走線不夠靈活,且容易在管道內(nèi)積累鹽晶;高密度聚乙烯管道的使用壽命過短。

        長距離輸水還要解決水錘問題。突然關(guān)閉管道出水口時,雖然閥門處的水流停止,但還沒流至閥門的水依然處于運(yùn)動狀態(tài)。這些運(yùn)動中的水流會像錘子一樣撞擊閥門,產(chǎn)生高壓和沖擊波,發(fā)出巨大的撞擊聲和錘子敲擊股的噪聲,這就是長距離輸水管道中經(jīng)常發(fā)生的水錘現(xiàn)象。如果設(shè)計(jì)上沒有考慮周全,那么水錘所產(chǎn)生的沖擊波對引紅濟(jì)死工程輸水管道的威脅將是難以想象的。

        雖然死海是地球上陸地海拔最低的地方,但從紅海向北的前100千米管道的海拔將一路上升。這意味著這段管道的輸水泵需要耗費(fèi)大量電能。此外,輸水管必須經(jīng)過阿拉瓦山谷這個地震高發(fā)斷層,又增加了項(xiàng)目的不可控因素。

        因?yàn)槿祟悮v史上紅海和死海從未相連。所以誰也不知道紅海水灌人死海會帶來什么結(jié)果,也許屆時的死海不再是許多人記憶中的那一汪清波。

        鹽指效應(yīng)模擬圖。

        破解死?!跋卵敝i

        死海水體中下沉的“雪花”困擾了科學(xué)家十多年時間。從20世紀(jì)80年代初起,處于過飽和狀態(tài)的死海水體開始析出鹽品,也就是人們觀測到的死?!跋卵爆F(xiàn)象。不過,鹽晶為何只向下運(yùn)動,而不是向上運(yùn)動?這個問題一直得不到合理解釋。

        影響水體密度的主要因素包括水體的溫度和鹽度:水中溶解的鹽分越多,或者水的溫度越低,水的密度就越大,反之則越小。夏季時,死海上層水體在強(qiáng)烈日照下,溫度大大超過下層水體,結(jié)果就是上層水和下層水的分層較為穩(wěn)定。不過,這個看似穩(wěn)定的系統(tǒng)具有欺騙性,因?yàn)闇囟葦U(kuò)散的速度遠(yuǎn)超鹽分?jǐn)U散的速度。經(jīng)過上下層水交界面的交換,一些飽和度低的下層冷水被加熱后上升。同時,上層的溫暖水在溫度下降后向下層移動。水的移動在交界面的上下方向都形成了名為“鹽指”的柱狀水流。

        由于死海水體時刻都處于完全飽和狀態(tài)的邊緣,所以溫度只要稍有下降,水中的鹽分就會析出。向下移動的鹽指在遇到下層低溫水后溫度下降,導(dǎo)致其中溶解的鹽分析出,由此就形成了死海水下“下雪”的景觀。

        死海鹽度為何如此高?

        死海屬于終點(diǎn)湖。顧名思義,死海是地面徑流的終點(diǎn)。不過,雖然死海不斷有水分補(bǔ)充,但是地處沙漠邊緣的死海的蒸發(fā)速度很快。死海的年降水量約為3900萬立方米,而年蒸發(fā)量卻高達(dá)7.54億立方米。溶解在徑流中的礦物質(zhì)最終都留在死海中,經(jīng)年累月,就有了死海超高的鹽度。

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