Снег посреди пустыни: как Мёртвое море растит гигантские кристаллы соли

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Представьте себе летний день на берегу Мёртвого моря. Воздух дрожит от зноя, солнце безжалостно выпаривает воду, а на поверхности образуется плотная, маслянистая плёнка рассола. Кажется, это место — символ медленного угасания. Но под этой обманчивой тишиной, в тёмных и холодных глубинах, происходит нечто невероятное: там идёт снег. Не из воды, конечно, а из соли. Мельчайшие кристаллы галита медленно опускаются на дно, формируя слой за слоем гигантские геологические структуры, которые учёные называют «соляными гигантами».


Это не просто красивый природный феномен. Мёртвое море, уникальная точка на планете, стало для геологов машиной времени, позволяющей в реальном времени наблюдать процессы, которые миллионы лет назад формировали огромные соляные залежи по всему миру, включая те, что скрыты под дном Средиземного моря. Так что же на самом деле происходит в этом перевёрнутом мире, где снег идёт летом, а угасающее озеро рождает геологических титанов?

Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com
Лаборатория на краю света

Чтобы понять драму, разыгрывающуюся в глубинах, нужно сперва оценить саму сцену. Мёртвое море — это не просто очень солёное озеро. Это бессточный водоём, своего рода гигантская испарительная чаша, куда реки (в основном Иордан) приносят воду и минералы, а уходит из неё только пар. На протяжении тысячелетий этот процесс медленно повышал концентрацию солей.

Но в XX веке человек невольно нажал на педаль газа. Строительство плотин на реке Иордан резко сократило приток пресной воды. Озеро стало мелеть с катастрофической скоростью — примерно на метр в год. Этот антропогенный фактор, ставший для экосистемы трагедией, для науки оказался бесценным подарком. Он превратил Мёртвое море в форсированный природный эксперимент, сжав геологические эпохи до нескольких десятилетий.

(a) Карта расположения Мертвого моря. Разрез A-A′ представлен на рисунке 7a. (b) Береговая линия и пляж Мертвого моря, на которых видны ежегодные изменения уровня озера на 1 м. (c) Ровный слой мелких кристаллов соли, образовавшийся зимой; масштабная линейка указывает 5 см. (d) Куполообразные отложения соли, состоящие из крупных кристаллов; масштабная линейка указывает 5 см. (e) Кубические кристаллы галита, образовавшиеся в течение лета. (f) Соляные дымоходы, размер которых может варьироваться от нескольких сантиметров до 20 м. (g) Промышленная добыча калия в южной части Мертвого моря. (h) Впадина, образованная каналом Нахаль Ха-Арава. Панель a адаптирована из Sirota et al. (2020). Панели c, d и f предоставлены Лираном Бен Моше.
Автор: Eckart Meiburg et al Источник: www.annualreviews.org
Танец двух слоёв: перевёрнутая логика озера

Раньше Мёртвое море было образцом стабильности. Его структура напоминала слоёный коктейль: сверху плавал более тёплый и чуть менее солёный слой, а под ним, на глубине, залегал холодный и чрезвычайно концентрированный рассол. Эти два слоя практически не смешивались круглый год — такое состояние называется меромиктическим. Верхний слой надёжно «запечатывал» нижний.

Всё изменилось в начале 1980-х. Из-за сокращения притока пресной воды и интенсивного испарения верхний слой стал настолько солёным, что его плотность сравнялась с плотностью нижнего слоя. И тогда случилось немыслимое: озеро «перевернулось». Впервые за века вся толща воды перемешалась. С тех пор озеро стало голомиктическим — оно переживает ежегодные циклы перемешивания, но летняя стратификация всё ещё возникает.


И вот тут начинается самое интересное. Летом поверхность воды нагревается, и, казалось бы, тёплая вода должна лучше растворять соль. Так и происходит. Но одновременно испарение делает этот верхний слой ещё более солёным. Возникает парадоксальная ситуация: на границе двух слоёв встречается тёплая, но очень солёная (а значит, плотная) вода сверху и холодная, но чуть менее солёная (и менее плотная) вода снизу.

Эта неустойчивая система не может существовать долго. Начинается процесс, известный как «двойная диффузия». Отдельные «пальцы» или струи тёплой и сверхсолёной воды с поверхности прорываются вниз. Попадая в холодную среду, они быстро остывают. А холодная вода, как мы знаем, способна удержать в себе гораздо меньше соли. «Лишняя» соль мгновенно кристаллизуется, выпадая в осадок в виде миллиардов крошечных кристаллов галита — той самой «каменной соли». Так и рождается непрерывный соляной снегопад на дне самого жаркого озера в мире.

Схематическое изображение перехода Мертвого моря от меромиктического (без переворотов) к голомиктическому (ежегодные перевороты) в начале 1980-х годов. По мере снижения уровня поверхности из года в год соленость эпилимниона повышается. В конце концов она достигает значения, аналогичного значению в гиполимнионе, так что ежегодное зимнее охлаждение эпилимниона может вызвать переворот. С момента перехода к голомиктическим условиям соленость поверхности Мертвого моря приближается к насыщению, что приводит к осаждению галита. Обратите внимание, что насыщение галитом в некоторой степени зависит от температуры, как показано серыми областями.
Автор: Eckart Meiburg et al Источник: www.annualreviews.org
От снежинки к гиганту: геология в реальном времени

Этот круглогодичный «снегопад» на глубине — и есть тот самый механизм, который строит соляных гигантов. В отличие от мелководных солёных озёр, где соль выпадает в осадок в основном в сухой сезон, в Мёртвом море процесс идёт постоянно, достигая пика зимой, когда перемешивание наиболее интенсивно. День за днём, год за годом слой соли на дне растёт. За десятилетия он может достичь толщины в десятки метров, а за тысячелетия — сформировать те самые гигантские отложения толщиной в километр и протяжённостью в десятки километров, которые геологи находят в недрах Земли.

«Мёртвое море — поистине единственное место в мире, где сегодня мы можем изучать механизм этих вещей», — подчёркивает профессор Эккарт Мейбург, один из ведущих исследователей этого феномена. И это не преувеличение.

(a, b) Аэрофотоснимки недавно обнажившегося пляжа показывают образование глубоко врезанных каналов в период с 1996 по 2011 год. Панели адаптированы из Dente et al. (2021). (c) Вид на Nahal Darga вверх по течению от устья ручья; обратите внимание на человека на берегу для сравнения масштаба. Фотография предоставлена Лираном Бен Моше. (d) Концептуальный эскиз врезания русла ручья и миграции вверх по течению точки излома в ответ на падение уровня озера. Обнажение крутого склона у устья ручья приводит к увеличению крутизны русла ручья, которое приобретает выпуклую кривизну. t 1 обозначает начальное состояние, когда уровень озера высокий, а t 2 обозначает более позднее состояние после снижения уровня озера и последующего врезания ручья.
Автор: Eckart Meiburg et al Источник: www.annualreviews.org
Призрак прошлого и ключ к будущему

Изучая Мёртвое море, мы заглядываем в далёкое прошлое нашей планеты. Около 6 миллионов лет назад Средиземное море пережило нечто похожее, но в грандиозных масштабах. Во время так называемого Мессинского кризиса солёности тектонические движения перекрыли Гибралтарский пролив, отрезав море от Атлантического океана. Оно превратилось в гигантское бессточное озеро, которое начало стремительно высыхать.

Представьте себе Мёртвое море, увеличенное в тысячи раз. Именно это и произошло. На дне высохшего Средиземноморья образовался колоссальный слой соли толщиной в несколько километров. Позже, когда пролив снова открылся, воды Атлантики хлынули в котловину, и море наполнилось вновь, похоронив эти соляные гиганты под толщей осадков. Сегодня мы можем изучать их лишь с помощью бурения и сейсморазведки, но благодаря Мёртвому морю мы видим сам процесс их рождения.


Наблюдения за Мёртвым морем имеют и практическое значение. Они помогают понять, как ведут себя береговые линии в засушливых регионах при резком изменении уровня воды, и открывают перспективы для оценки соляных месторождений как потенциальных источников ресурсов.

Так что Мёртвое море — это не просто умирающий водоём. Это живая, дышащая геологическая лаборатория. Его угасание, вызванное деятельностью человека, парадоксальным образом приоткрыло для нас окно в глубокое прошлое Земли, позволив разгадать тайну, которая миллионы лет была скрыта под водой и землёй. И каждый кристаллик соли, опускающийся на его дно, — это новая строчка в великой книге истории нашей планеты.

Читайте также

Новости

Публикации