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        湖泊中的礦物密碼

        2022-05-30 10:48:04石敏
        知識就是力量 2022年10期

        在地球廣袤的陸地表面,上億個湖泊星羅棋布,點綴著寬廣的大地。其中面積大于10公頃(一個標準足球場的面積大約有1公頃)的就有140萬個。湖泊就像地球上所有的生命一樣,要經(jīng)歷形成、發(fā)展、收縮的過程。它們的“一生”或長或短,但最終都會消亡。而礦物里隱藏著湖泊“一生”的印記。讓我們以干旱地區(qū)的湖泊為例,去探索其中的奧秘吧!

        ?鹽湖的產(chǎn)物——沙漠玫瑰(攝影/石敏)

        湖泊里“開”出“石頭花”

        有一種“盛開”在沙漠里的“石頭花”,叫作“沙漠玫瑰”,它們的“花瓣”由一叢叢沾滿細沙粒的石膏晶體組成。如果你在沙漠里有幸遇到“沙漠玫瑰”,那么,你的腳下很可能正踩著一個已經(jīng)被黃沙掩埋的古代湖泊,因為“沙漠玫瑰”是鹽湖中石膏結(jié)晶析出的產(chǎn)物。

        干旱地區(qū)的湖泊,通常只有進水口沒有出水口,湖水不斷蒸發(fā),水中的礦物質(zhì)和鹽分逐年積累,因此,通常都是咸水湖。湖水中溶解了大量的鉀、鈉、鈣、鎂、鋰等金屬離子的氯化物、硫酸鹽和碳酸鹽。常年蒸發(fā)量大于注入量,導致湖水中溶解的化學物質(zhì)總是處于高飽和狀態(tài)。由于這些鹽類的溶解度各不相同,隨著水分蒸發(fā),湖水的鹽度不斷增高,各種化學物質(zhì)就會按照它們?nèi)芙舛鹊拇笮∫来纬恋硐聛?,形成不同的礦物,“沙漠玫瑰”就是在這個過程中形成的。

        ?古代的碳酸鹽沉積階段的湖泊沉積物照片,上面是疊層石和周圍的軟泥(攝影/石敏)

        ?疊層石照片,覆蓋在疊層石上面的是軟泥沉積物(攝影/石敏)

        湖泊的“一生”

        第一階段:半咸水湖

        干旱地區(qū)湖泊的湖水在逐漸蒸發(fā)咸化的過程中,溶解度最小的碳酸鹽首先達到過飽和狀態(tài)而結(jié)晶沉淀,形成以碳酸鈣為主的軟泥,有的地方還會生長疊層石。等碳酸鈣沉積得差不多了之后,沉積物逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榘自剖吞K打。如果湖水中含有硼酸鹽,還會逐漸沉淀出硼砂。這個時期的湖泊,水域面積大、湖水比較深,湖水的成分和海水較為相似,屬于半咸水湖。

        中國最大的內(nèi)陸湖泊青海湖,就是一個處于碳酸鹽沉積階段的半咸水湖。青海湖形成于距今大約200萬~20萬年之前。初期的青海湖是一個與黃河水系相通的淡水湖。后來隨著新構(gòu)造運動的進行,周圍的山脈隆起,堵住了青海湖通往黃河水系的河道,湖水只進不出(干旱地區(qū)的蒸發(fā)量很大,水分被蒸發(fā)掉,但是流水帶來的礦物不斷沉積在湖泊里,因此湖泊面積會逐漸縮?。?shù)氐臍夂蛞仓饾u變得干燥少雨,湖水就逐漸由淡水演變成了咸水,湖面面積也在不斷縮小。

        第二階段:咸水湖

        隨著水分的進一步蒸發(fā),湖水的鹽度繼續(xù)升高,硫酸鈣開始結(jié)晶析出并形成石膏,硫酸鈉會沉積下來形成芒硝,半咸水湖就變成了真正的咸水湖,也可以稱為苦湖。

        世界聞名的死海就是一個處于硫酸鹽沉積階段的咸水湖,湖水的鹽度高達正常海水的10倍。由于湖水鹽度太高,湖中除了細菌之外沒有其他的生物,漲潮的時候,從約旦河游來的魚一旦進入死海,很快就會死亡,岸邊也只能稀疏地生長適應(yīng)鹽堿地環(huán)境的鹽生植物。

        鹽湖(攝影/ 王江)

        第三階段:鹽湖

        湖水如果再進一步濃縮,氯化物就開始接近飽和,湖水變成天然鹵水,這時候的湖水已經(jīng)可以進行工業(yè)開采。鹵水進一步蒸發(fā),石鹽(氯化鈉)、光鹵石(鹵化物)和鉀鹽等氯化物就會陸續(xù)結(jié)晶沉淀。

        位于青海省的茶卡鹽湖就是一個處于氯化物沉積階段的鹽湖。和青海湖的經(jīng)歷相似,茶卡鹽湖也曾經(jīng)是一個有出水口的淡水湖。但是從大約10萬年前開始,構(gòu)造運動導致周圍的山脈隆升,將茶卡變成一個內(nèi)流湖,湖水只進不出,鹽度越來越高,演變成今天這樣一個可供開采結(jié)晶鹽的鹽湖。

        第四階段:沙下湖

        鹽湖水消失之后,原來的積水洼地被沉積的各種鹽類填滿,這樣的“湖泊”會逐漸被風沙掩埋到地下徹底消失。

        中國新疆著名的羅布泊就是這樣一個已經(jīng)被掩埋地下的沙下湖。在1000多年前,羅布泊周圍曾經(jīng)活躍著許多游牧民族,當時農(nóng)業(yè)發(fā)達,灌溉系統(tǒng)眾多。如今斗轉(zhuǎn)星移,再次站在羅布泊邊上,滿眼望去只有黃沙。

        沙下湖(攝影/ 王江)

        鹽湖的產(chǎn)物——硬石膏(攝影/ 石敏)

        以上就是干旱地區(qū)湖泊完整的一生,從一個淡水湖開始,經(jīng)歷碳酸鹽沉積階段(半咸水湖)、硫酸鹽沉積階段(咸水湖)、氯化物沉積階段(鹽湖),最后干涸變成埋到地下的沙下湖。

        鹽湖中的寶藏

        在古代,內(nèi)陸地區(qū)距海遙遠,從鹽湖中提取的鈉鹽一直是當?shù)厝耸雏}的主要來源。在山西運城,我們的祖先從4000多年前就已經(jīng)學會如何開采利用鹽湖。到了現(xiàn)代,鹽湖中的許多礦物仍然在國計民生中扮演著重要角色:鉀鹽可以用來做農(nóng)肥,鎂鹽是重要的醫(yī)藥原料,石膏可以用來做建筑材料……

        隨著電子產(chǎn)品和新能源汽車等領(lǐng)域的發(fā)展,人類社會對鋰電池的需求越來越大,而鹽湖中的鋰鹽正是制造鋰電池的主要材料。根據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局的地球資源利用報告,中國鋰資源量的82%來自于鹽湖,而青海和西藏的鹽湖是中國鋰礦的主要來源。

        在地質(zhì)歷史上,經(jīng)歷以上滄桑巨變,驚鴻一現(xiàn)又消失的湖泊多如繁星,它們留下的億萬噸的礦物,方解石、“沙漠玫瑰”、硬石膏、石鹽……要么埋藏在地下,要么散布在沙漠里。它們可以講述湖泊千萬年的歷史,也可以告訴我們腳下正埋著無盡的財富。

        知識拓展 鹽湖的“逆生長”

        受到構(gòu)造運動、氣候變化和物質(zhì)來源等很多因素的影響,不同湖泊的“一生”會表現(xiàn)出很大差別。例如,千百年來面積一直在收縮變小的青海湖,在最近20年里卻開始“逆生長”。青海湖的水量在最近20年里增加將近14億立方米,這樣龐大的水量相當于100個西湖水量的總和。2000年,青海湖的總面積大約是4256平方千米,而到了2020年,它的總面積已經(jīng)增長到4589平方千米。

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