湖泊中的礦物密碼

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(dǎo)致湖水中溶解的化學(xué)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(xué)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?。?，當?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(dǎo)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(xué)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。