我们的海洋系列（15）盐的旅程

张武昌  

2021年8月1日星期日  

海水是咸的，那是因为海水里溶解了大量的盐，那么海水里的盐是从哪里来的呢？

陆地上的大量降水冲刷和溶解岩土层中的溶解物质，汇聚在低洼处的水体中，包括湖泊和海洋，湖泊和海洋的蒸发作用将溶解物质留存，长年累月的蒸发和接受陆地径流，使得湖泊和海洋中的溶解物质浓度增加，其中含量最多的是食盐NaCl，水体变咸，湖泊被称为盐湖。所以盐湖和海洋是一样的存在，不过体积和海拔不同罢了。而淡水湖大多是有水流出，因而不能蓄积这些溶解物质。

海洋体积如此巨大，其表面的蒸发和降水过程会影响表层盐度的分布。上图是1981年-2002年之间平均的海洋蒸发减去降水的示意图，红色的部分是蒸发大于降水的区域，这些区域的盐度会相对高一些。

2011年，人类开始使用卫星遥感测量海洋表面的盐度分布，发现盐度的分布与蒸发减去降水的分布基本一致，盐度高值都处于大洋环流的位置，而大西洋是表层盐度最高的大洋。由于极地蒸发小，接受的降水量比蒸发量大，所以基本的格局是热带盐度高而极区盐度低。

由于盐度高的海水密度较大，所以海洋深层的盐度高于表层。在两极海区，海水结冰时会析出盐分，形成盐度较高而温度较低的海水而下沉，在极端情况下会形成死亡手指（上图），如果发生在浅海，会冻结海底的底栖生物。

随着全球变暖，地球系统的能量增加，全球水循环得到促进，原来干的地方会变得越干，湿润的地方会变得越湿润，因此海洋表层盐度的维持机制得到强化。上图是1950-2000年间观测到的海洋表层盐度的变化，原来盐度高的海区盐度继续升高，盐度低的海区盐度变得更低。但是这些变化只是影响了盐分在海洋表面的分配，并没有改变海洋中盐分的总量。

陆地上的盐分来到大海中，就一直在海洋中停留吗？不会的，如果地质时期所有被降水从陆地冲刷到海洋中的盐分都停留在海洋中，现在的盐度就会大得多。一部分盐分从海洋中析出，重新变成了固体，回归了岩层。

在现在的地球上只有死海正在经历这样的过程，由于盐度的增加，死海的盐分开始结晶，逐渐析出。在地质历史时期，很多海洋被分割孤立，海洋经历了多次的结晶过程，形成了厚厚的岩层---盐层，例如地中海的盐层厚达3千米，总体积100万立方千米，墨西哥湾存在厚厚的Louann盐层。这些盐层被人们开发成盐矿（其中较为著名的有波兰的维利奇卡盐矿，西西里岛盐矿），矿坑还被开发用来作为旅游景点（如哥伦比亚的岩盐教堂）和治疗呼吸道疾病的场所。

当覆盖在盐层上方的盐层由于板块运动发生皱褶产生裂隙，海水顺着裂隙进入盐层，逐渐将盐层溶解，上方盐层塌方，就形成了海底湖泊，在湖泊内部盐度很高，密度很大，不与上层海水（低盐度）混合，两者之间产生盐度跃层（halocline）。在深潜器里来看两者之间有明显的界面。由于盐度跃层的存在，湖泊内的高盐水与上面覆盖的低盐水（比海表面还是高盐的）不能很好的混合，因此这些盐分不能回归到海水中。

海底湖泊内氧浓度很低或几乎没有氧气，有很多有害气体，因此除了少数适应极端环境的细菌之外，很少有生物存活，从上面掉下来的生物尸体也久久不能腐烂，成为名副其实的死亡之池，学术界称为深海高盐无氧盆地(DHAB: Deep Hypersaline Anoxic Basin)。

但是由于海底湖泊中富含甲烷等，在湖岸中有独特的化能合成生态系统，主要的生物是一些特化的蛤蜊，它们共生的细菌利用从湖水中扩散出来的甲烷等进行化能合成。

海底湖泊在1964年在红海首次发现，已经发现了很多处，主要分布在墨西哥湾、地中海和红海。它们中最小的只有1平方米，最大的有120 平方千米。

海底湖泊主要存在海底，但是在在路易斯安娜州的皮内尔湖（Lake Peigneur）却是在陆地上的。这个湖泊原来是个淡水湖泊，最大水深只有5米，有运河通往墨西哥湾。它位于墨西哥湾Louann盐层之上，当地人还以杰弗逊岛为基地开采盐矿，但是一个在湖里钻探的石油勘探钻孔打通了湖面和盐层，导致盐层溶解，盐矿塌方，形成了深度61米的盐水湖，底层是海底湖泊，上层是从墨西哥湾倒灌的海水。

盐分从陆地而来，最终沉积在海底，才保持了目前海洋的盐度。这些盐矿最终会因为人类的开采而重回海洋，但是目前这个过程对于海洋来说影响不大。这就是盐的旅程。