输水拯救死海

大量地陷洞遍布如今的死海岸边,仅在以色列境内的死海岸边就有约6000个地陷洞。死海水位下降是地陷洞大量出现的直接原因。20世纪70年代死海表面海拔为-389米,死海的水面离附近的公路不远。然而今天,死海的表面海拔已下降到-427米,从岸边到湖边公路的距离超过1.5千米。缺水导致死海的面积大大缩小。

死海海平面下降后,大量盐分被留在岸边的土壤中,并脱水形成干燥的盐晶。冬季几次来势凶猛的洪水渗入地下,干燥的盐晶遇水后快速溶解在水中,渗入更深的地下。大量盐晶从土壤中流失,这个过程将死海岸边地面下的土壤一点点掏空,导致地表逐渐失去支撑,最终崩塌并形成地陷洞。

死海水位下降导致岸边出现大量地陷洞。

“引红济死”

数百万年前,非洲板块和阿拉伯板块互相挤压运动,造就了死海这个地球上海拔最低的洼地。距今2万年前,地球表面大部分被冰盖覆盖。当时的死海位于冰盖之下,被称为“利桑湖”,充斥着大量水,面积也远超今天的死海。沧海桑田,利桑湖的面积越来越小,最终退化成加利利海、约旦河和死海。进入21世纪,死海面积不断萎缩,这引起死海周边国家的重视。

来自红海的海水或许可以拯救死海。死海的沿岸国家——巴勒斯坦、以色列和约旦大部分国土都是沙漠,从古至今都严重缺水。2013年12月,三国签订了“红海一死海输水工程”的战略合作协议,计划建造总长约180千米的管道,将红海水输入死海。该工程既能稳定死海水位,也能通过海水淡化工厂的处理增加新的淡水来源。该工程被简称为“引红济死”,类似我国的“南水北调”工程。

经过多年可行性研究,科学家给出了三种可能方案。其中最优的一种是:在红海北端的阿卡巴湾建设抽水站,从红海抽上来的海水将顺着管道爬升220米到达管道的最高处,然后再借助重力移动174千米,一路经过淡化工厂、水力发电厂等设施分流淡水,余下的含盐卤水最后汇人死海。预计到2054年,该项目可使死海的表面海拔上升至-416米。

这个庞大的工程涉及许多步骤。按计划,第一阶段每年将从红海抽取4亿立方米海水,并通过淡化工厂对海水进行淡化,每年可分离2.1亿立方米淡水和1.9亿立方米含盐卤水。淡水用于居民饮用水、发电及农业灌溉。卤水继续向北输送,并最终汇入死海,实现稳定死海水面高度的目的。

死海可能变色

死海虽然叫海,却是个湖。现在死海水面海拔只有-427米,湖床最深处海拔-800米。希伯来语(犹太民族的语言)中死海的字面意思是“盐海”。死海的含盐率最高达34%,其盐度是大多数海洋海水的10倍左右。如果从死海中舀出1升水倒进锅里熬煮,那么当水分完全蒸发后,锅内会留下约250克盐。如果有一天死海中的水被蒸发得一滴也不剩,那么死海湖盆中将留下370亿吨盐晶。这些盐晶中30.5%是氯化钠,其余为镁盐、钾盐和钙盐。

死海是全世界矿物质浓度最高的水体。而引红济死中海水淡化后产生的卤水排放到死海里,会带来什么结果?为了回答这个问题,以色列科学家将红海水淡化后留下的卤水与死海水按照不同比例、浓度和温度进行混合。

几个月的混合实验让科学家得出一个意外结论:卤水混入死海后,死海可能从蓝绿色变为白色。这是因为死海水体中富含钙离子,红海水体中富含硫酸根离子。两者混合会生成白色的石膏(硫酸钙)结晶,这些微小的白色颗粒会漂浮在死海的上层,或许会让死海表面呈现白色。

引入红海水也可能让死海变红。来自红海的卤水含盐率只有7%,但死海水体的含盐率高达34%。两者混合将导致死海整体含盐率下降,可能会让死海变为红色。为什么盐度下降会让盐湖变红呢?这是因为死海的高盐含量本身不适合生物生存,但如果盐度下降到25%,那么死海就会成为杜氏盐藻的理想繁殖场所。杜氏盐藻身处高盐环境中时,其体内会产生大量胡萝卜素,导致湖水整体变为红色。美国犹他州的红色大盐湖就是杜氏盐藻大量繁殖的结果。和威胁全球许多水体的赤潮不同,杜氏盐藻大量繁殖不会严重影响生态。只不过,引入红海卤水后,蓝绿色的死海可能再也無缘得见。

美国犹他大盐湖的一湖两色景观。水锤效应导致管道破损的例子。

管道风险

因为死海的平均盐度是海水的近10倍,又因为死海位于沙漠地区,所以强烈的蒸发让死海很容易析出盐晶。这些粗糙的盐晶对管道有很强的腐蚀性,并且会划伤、割裂或堵塞管道。红海海水淡化工厂的管道必须每三个月更换一次。修建管道选择什么材料也很让人头痛:橡胶管易磨损,无法抵抗恶劣天气,更换和维护费用还很贵;钢管走线不够灵活,且容易在管道内积累盐晶;高密度聚乙烯管道的使用寿命过短。

长距离输水还要解决水锤问题。突然关闭管道出水口时,虽然阀门处的水流停止,但还没流至阀门的水依然处于运动状态。这些运动中的水流会像锤子一样撞击阀门,产生高压和冲击波,发出巨大的撞击声和锤子敲击股的噪声,这就是长距离输水管道中经常发生的水锤现象。如果设计上没有考虑周全,那么水锤所产生的冲击波对引红济死工程输水管道的威胁将是难以想象的。

虽然死海是地球上陆地海拔最低的地方,但从红海向北的前100千米管道的海拔将一路上升。这意味着这段管道的输水泵需要耗费大量电能。此外,输水管必须经过阿拉瓦山谷这个地震高发断层,又增加了项目的不可控因素。

因为人类历史上红海和死海从未相连。所以谁也不知道红海水灌人死海会带来什么结果,也许届时的死海不再是许多人记忆中的那一汪清波。

盐指效应模拟图。

破解死海“下雪”之谜

死海水体中下沉的“雪花”困扰了科学家十多年时间。从20世纪80年代初起,处于过饱和状态的死海水体开始析出盐品,也就是人们观测到的死海“下雪”现象。不过,盐晶为何只向下运动,而不是向上运动?这个问题一直得不到合理解释。

影响水体密度的主要因素包括水体的温度和盐度:水中溶解的盐分越多,或者水的温<big 度越低,水的密度就越大,反之则越小。夏季时,死海上层水体在强烈日照下,温度大大超过下层水体,结果就是上层水和下层水的分层较为稳定。不过,这个看似稳定的系统具有欺骗性,因为温度扩散的速度远超盐分扩散的速度。经过上下层水交界面的交换,一些饱和度低的下层冷水被加热后上升。同时,上层的温暖水在温度下降后向下层移动。水的移动在交界面的上下方向都形成了名为“盐指”的柱状水流。

由于死海水体时刻都处于完全饱和状态的边缘,所以温度只要稍有下降,水中的盐分就会析出。向下移动的盐指在遇到下层低温水后温度下降,导致其中溶解的盐分析出,由此就形成了死海水下“下雪”的景观。

死海盐度为何如此高?

死海属于终点湖。顾名思义,死海是地面徑流的终点。不过,虽然死海不断有水分补充,但是地处沙漠边缘的死海的蒸发速度很快。死海的年降水量约为3900万立方米,而年蒸发量却高达7.54亿立方米。溶解在径流中的矿物质最终都留在死海中,经年累月,就有了死海超高的盐度。

版权声明:三分钟阅读 发表于 2021年10月31日 下午10:15。
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