你喝過海水嗎?哪怕只是一口,舌頭都會(huì)像被鹽水灌炸了一樣。可你有沒有想過:海水里怎么會(huì)有那么多鹽?它們又是從哪里來的?
地球的水本該是清澈透明的,為什么浩瀚的海洋卻成了一池“咸湯”?
【01】海水的咸味,其實(shí)是從陸地“沖刷”出來的
地球剛誕生時(shí),海洋可能是淡水湖。最初的水,是通過火山噴發(fā)、水汽冷凝和隕石攜帶形成的,幾乎不含鹽。但這一切,在“風(fēng)化”開始之后,徹底變了。
雨水雖然看起來清澈,其實(shí)是一種天然弱酸,它與空氣中的二氧化碳結(jié)合,會(huì)形成微量碳酸,pH值約為5.6(理論上,但實(shí)際受污染影響(如酸雨)這個(gè)值可能更低)。
這種酸性雨水在流經(jīng)巖石時(shí),會(huì)緩慢地將巖石中的礦物質(zhì)溶解出來,尤其是鈉、鎂、鈣、鉀等堿性金屬離子,以及氯、硫酸根等陰離子。
這種過程叫做化學(xué)風(fēng)化。它的反應(yīng)速率雖然極慢,但持續(xù)時(shí)間極長(zhǎng)——已經(jīng)持續(xù)了至少40億年。
根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)估算,當(dāng)前全球每年通過風(fēng)化作用進(jìn)入江河的溶解鹽類總量約為40億噸。這些鹽最終被河流帶進(jìn)海洋,而海洋沒有任何“排鹽機(jī)制”。水分可以通過蒸發(fā)返回大氣,但鹽卻被永久留下。
所以,海水的咸,并不是因?yàn)椤昂5子宣}”,而是因?yàn)?strong>陸地不斷地把鹽“送進(jìn)大海”,而海洋從來沒辦法把它們還回來。
【02】那為啥河水不咸?湖泊也不咸?咸水只屬于海洋?
這個(gè)問題關(guān)鍵要理解一個(gè)詞:積累時(shí)間。
海洋是整個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)的“終點(diǎn)站”。地球上97%的水都儲(chǔ)存在海洋里,只有不到3%在陸地上。
而且海水的留存周期非常長(zhǎng),平均一個(gè)水分子在海洋中停留的時(shí)間是3200年(數(shù)據(jù)來源:NASA Earth Observatory)。這意味著,鹽一旦進(jìn)了海,就很難再出去。
相反,江河和湖泊的水是“快速流動(dòng)系統(tǒng)”。淡水的更新周期極短,比如黃河的水在數(shù)個(gè)月內(nèi)就可以“換新一次”,鹽分根本來不及積累。
此外,很多內(nèi)陸湖泊其實(shí)也“很咸”——比如青海的察爾汗鹽湖、美國(guó)的“大鹽湖”,它們之所以咸,正是因?yàn)闆]有出水口,水蒸發(fā)了,鹽留下了,跟海洋的成因一模一樣。
所以,海水咸,不是因?yàn)樗貏e,而是因?yàn)樗?strong>時(shí)間特別長(zhǎng)、流動(dòng)特別慢、出口特別少。
【03】海水的鹽來自哪些元素?這些成分百億年來幾乎沒變
海水的咸味主要來自氯化鈉(NaCl),也就是我們?nèi)粘J秤玫柠}。但它并不是海水中唯一的“鹽”。
根據(jù)《海洋化學(xué)與地球系統(tǒng)科學(xué)》統(tǒng)計(jì),海水中主要溶解離子為:
氯離子(Cl?):占55%;
鈉離子(Na?):占30.6%;
硫酸根(SO?2?):占7.7%;
鎂離子(Mg2?):占3.7%;
鈣離子(Ca2?)、**鉀離子(K?)等占剩余部分。
這些元素的來源主要有兩個(gè):
風(fēng)化輸入:占絕大多數(shù)。全球年輸入鹽分中,氯化鈉約為20億噸,硫酸鹽10億噸。
海底熱液噴口和火山活動(dòng):釋放金屬離子和揮發(fā)性氣體,尤其在洋中脊附近活躍。
最令人驚訝的是,海水的主要鹽分組成比例在過去10億年幾乎沒有改變,這說明海洋是一個(gè)高度穩(wěn)定的化學(xué)系統(tǒng)。
【04】如果鹽一直進(jìn)海洋,為什么海水沒有越來越咸?
這是一個(gè)極具科學(xué)含量的問題。答案是:海洋的“去鹽機(jī)制”在背后悄悄工作。
雖然每年有40億噸鹽進(jìn)海洋,但同時(shí)也有一部分鹽被“移除”:
第一種方式是沉積。大量微生物(比如浮游生物)會(huì)吸收鈣、硫、硅等離子,形成外殼或骨骼。這些有機(jī)沉積物最終沉入海底,形成石灰?guī)r、硅藻土等沉積巖。據(jù)估算,全球每年通過沉積“移除”的鈣、碳、硅等元素約為7億噸。
第二種方式是海底熱液循環(huán)。在洋中脊等高熱帶,海水滲入地殼,與巖漿互動(dòng),部分金屬離子重新進(jìn)入地質(zhì)循環(huán)。研究表明,這種方式每年可“吸收”約0.5億噸鹽類。
第三種方式是板塊俯沖。海底沉積物隨地殼板塊下沉進(jìn)入地幔,在高溫高壓下重新被礦化,成為地球內(nèi)部的一部分。
雖然去鹽速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于入鹽速度,但因?yàn)楹Q篌w積巨大,海水的鹽分濃度已經(jīng)處于一個(gè)“緩變平臺(tái)”,在百萬年尺度上趨于穩(wěn)定。
這是一個(gè)地球級(jí)別的化學(xué)平衡:不快,但穩(wěn)。
【05】如果海水更咸或者更淡,會(huì)發(fā)生什么?
海水鹽度不僅決定“口感”,更決定氣候、生態(tài)、甚至地球能否宜居。
鹽度影響海水密度。密度差是全球洋流(熱鹽環(huán)流)的動(dòng)力之一。比如,北大西洋的“格陵蘭下沉帶”,就是因?yàn)樗疁氐汀Ⅺ}度高,密度大,形成下沉流,推動(dòng)整個(gè)大西洋環(huán)流系統(tǒng)。
如果海水鹽度上升過快,會(huì)導(dǎo)致洋流加速,全球熱量分配失衡;如果鹽度下降,比如因極地冰川大量融化,淡水注入,會(huì)導(dǎo)致洋流“斷裂”。
科學(xué)家已發(fā)現(xiàn),北大西洋環(huán)流(AMOC)正在減弱,可能與格陵蘭冰蓋融化、鹽度下降有關(guān)。一旦徹底中斷,歐洲可能進(jìn)入“小冰期”。
生態(tài)方面,珊瑚、浮游植物、軟體動(dòng)物等對(duì)鹽度極為敏感。大多數(shù)海洋生物只能忍受30‰至38‰的鹽度波動(dòng),一旦超過范圍,將引發(fā)生態(tài)級(jí)連鎖崩潰。
總結(jié)
海水的咸,不是海洋本身的天性,而是億萬年大地風(fēng)化與水循環(huán)的積淀。
它既是地球地質(zhì)活動(dòng)的“化學(xué)日記”,也是生命適應(yīng)環(huán)境的“咸度密碼”。
一口海水,嘗的不僅僅是咸淡,更像是品味整個(gè)星球46億年的地質(zhì)呼吸。
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