夏天的雪

现在是死海的夏季，对于当地人和游客来说，享受以色列、约旦和巴勒斯坦共享的大咸水湖意味着阳光、沙子和……雪?

“这有点违反直觉，”加州大学圣巴巴拉分校机械工程教授埃卡特·梅伯格(Eckart Meiburg)实验室的博士生拉斐尔·维伦(Raphael Ouillon)说。然而，他解释说，正是死海独特的条件使湖中的盐晶体“降雪”成为可能。他们的研究成果发表在《水资源研究》杂志上。

死海的深度约为919英尺(280米)，盐度在34%以上，而且还在不断上升，这要归功于淡水资源的蒸发和分流，而这曾是死海形成的原因之一。死海是世界上最深的高盐湖泊。盐的析出开始于20世纪80年代初，当时湖的盐度超过了饱和点。

最近，以色列地质学家、以色列地质调查局(Geological Survey of Israel)的纳达夫·兰斯基(Nadav Lensky)和他的团队对夏季盐的降水量进行了一项惊人的观察。Ouillon说，他们怀疑他们的观察需要额外的流体力学专业知识，因此要求Meiburg的小组完成对他们发现的分析。

Lensky说:“我们的研究小组，死海天文台，已经建立了一个非常独特的野外观测站来研究盐沉积的动力学。”“由于气候变冷，最密集的盐沉积‘雪’出现在冬季。一个更令人惊讶的发现是，在夏季，盐溶解在密度较低的上层水体中，尽管它是湖泊中含盐量最高的部分。在夏天，盐“雪”出现在这个轻的表层和稠密的底层之间的界面下面。我们怀疑是一种叫做‘双扩散对流’的过程导致了这一现象，并联系了梅伯格的团队来验证我们的假设。”

这种直觉得到了回报，这要归功于梅堡研究小组所做的数值模拟。“水的密度很大程度上取决于温度和盐度。越咸越重，越暖和越轻。”“在死海，在夏天，上层的水层是非常咸的，因为蒸发，而深层的盐较少。同时，上层要比深层温暖得多。最终的结果是，这些层是稳定的，水越浅，密度越大。”

然而，维伦说，该系统的表面稳定性相当具有欺骗性，因为温度的扩散速度比盐快得多。这导致了两层界面之间的交换，其特征是盐“手指”从界面的中心线向上和向下延伸，因为不太饱和的较冷的水被加热和上升，而较热的盐水冷却和下沉。

“死海的独特之处在于，它在任何时候都已经接近饱和，”威隆说。结果是，向下运动的手指，其中含有更大浓度的盐，遇到较低的一层水的温度较低。而下层，由于温度的原因，不能像上层那样容纳那么多溶解的盐。

维伦说:“这种情况会变得过饱和，盐不能溶解在水中，形成这些晶体。”双扩散对流发生在许多流体系统中，在这些系统中，密度依赖于多个因素——从火山云到恒星核心。它在死海中表现得尤为明显，因为它的盐饱和度和上下两层之间的巨大温差导致了晶体的形成。

研究人员称，这项研究的结果不仅解开了死海几十年来的谜团，而且还揭示了在地质记录中发现厚盐岩层的过程。他们目前正在仔细研究这些双扩散手指是如何与其他流体相互作用的。

伦斯基说:“从我作为地质学家的角度来看，死海提供了对地球历史上常见的深高盐湖泊和海洋的动力学研究，这从覆盖地球表面的又大又厚的盐沉积物中就可以明显看出。”“了解不同类型的盐沉积是如何根据环境条件和湖的性质形成的，这为从盐岩档案中重建古气候提供了一个有价值的工具。”

“双重扩散有很多值得关注的地方，”威隆说。“这是一个非常丰富的话题。”