Уникальные условия Мёртвого моря
Мёртвое море — это место с уникальными условиями: самая низкая точка на поверхности Земли и одна из самых высоких концентраций соли в мире. Высокая концентрация соли придаёт воде соответствующую плотность, а статус самого глубокого гиперсолёного озера способствует возникновению интересных явлений, связанных с температурой, которые исследователи продолжают изучать.
Огромные соляные отложения
Одной из самых интригующих особенностей Мёртвого моря продолжают оставаться соляные гиганты — масштабные соляные отложения.
«Эти крупные отложения в земной коре могут простираться на много километров по горизонтали и достигать толщины более километра в вертикальном направлении», — говорит профессор машиностроения из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Эккарт Мейбург, ведущий автор статьи, опубликованной в «Annual Review of Fluid Mechanics». «Как они образовались? Мёртвое море — единственное место в мире, где мы можем изучать механизм их формирования сегодня».
Физические процессы
Действительно, в мире есть и другие водоёмы с массивными соляными образованиями, такие как Средиземное и Красное моря, но только в Мёртвом море можно наблюдать их формирование. Это позволяет исследователям изучать физические процессы, лежащие в основе их эволюции, в частности пространственные и временные изменения их толщины.
В своей статье Мейбург и его коллега Надав Ленски из Геологической службы Израиля описывают процессы, связанные с динамикой жидкости и переносом осадков, которые в настоящее время управляют Мёртвым морем. На эти процессы влияют несколько факторов, включая статус Мёртвого моря как солёного оконечного озера — озера без стока, где основным способом удаления воды является испарение. Озеро сокращается тысячелетиями, оставляя соляные отложения. Не так давно строительство плотины на реке Иордан, которая впадает в озеро, ускорило снижение уровня воды в озере примерно на 1 метр в год.
Температурные колебания
Температуры вдоль водяного столба также играют роль в динамике соляных гигантов и других образований, таких как соляные купола и соляные дымоходы. Когда-то Мёртвое море было меромиктическим (стабильно стратифицированным) озером — озеро было разделено на слои таким образом, что менее плотная тёплая вода у поверхности перекрывала более солёный и прохладный слой на глубине в течение всего года.
«Раньше было так, что даже зимой, когда всё охлаждалось, верхний слой был всё ещё менее плотным, чем нижний слой», — объяснил Мейбург. «И в результате возникла стратификация соли».
Это изменилось в начале 1980-х годов благодаря частичному изменению русла реки Иордан, что привело к тому, что испарение стало опережать скорость притока пресной воды. В то время поверхностная солёность достигла уровней, обнаруженных на глубине, что позволило перемешивать два слоя и перевести озеро из меромиктического в голомиктическое (озеро, в котором ежегодно происходит перемешивание водяного столба). Мёртвое море продолжает стратифицироваться, но только в течение восьми более тёплых месяцев в году.
Уникальный процесс
В 2019 году Мейбург и его коллеги выявили уникальный процесс, происходящий в озере летом: осаждение кристаллов галита или «снега», которое обычно характерно для более прохладного времени года. Галит («каменная соль») выпадает в осадок, когда концентрация соли превышает количество, которое может растворить вода, поэтому более глубокие, холодные, плотные условия нижнего слоя наиболее вероятны для этого процесса в более прохладные месяцы. Однако они заметили, что летом, когда испарение увеличивало солёность верхнего слоя, соли всё равно продолжали растворяться в этом слое из-за его более высокой температуры. Это приводит к состоянию, называемому «двойной диффузией» на границе между двумя слоями, когда участки более солёной тёплой воды верхнего слоя охлаждаются и опускаются, а порции более холодной, относительно менее плотной воды нижнего слоя нагреваются и поднимаются. По мере охлаждения верхнего, более плотного слоя соли выпадают в осадок, создавая эффект «соляного снега».
Сочетание испарения, колебаний температуры и изменений плотности по всему водяному столбу, помимо других факторов, включая внутренние течения и поверхностные волны, приводит к образованию соляных отложений различной формы и размера, утверждают авторы. В отличие от более мелких гиперсолёных водоёмов, в которых осаждение и отложение происходят в сухой сезон, в Мёртвом море эти процессы наиболее интенсивны в зимние месяцы. Этот круглогодичный «снежный» сезон на глубине объясняет появление соляных гигантов, обнаруженных в других солёных водоёмах, таких как Средиземное море, которое когда-то пересохло во время Мессинского кризиса солёности, около 5,96–5,33 миллиона лет назад.
«Всегда был некоторый приток из Северной Атлантики в Средиземное море через Гибралтарский пролив», — сказал Мейбург. «Но когда тектоническое движение перекрыло Гибралтарский пролив, притока воды из Северной Атлантики не могло быть». Уровень моря упал на 3–5 км из-за испарения, создав те же условия, которые в настоящее время наблюдаются в Мёртвом море, и оставив после себя самую толстую из этой соляной корки, которую до сих пор можно найти под глубокими участками Средиземного моря, объяснил он. «Но затем, через несколько миллионов лет, Гибралтарский пролив снова открылся, и приток из Северной Атлантики возобновился, и Средиземное море снова наполнилось».
Между тем, потоки солёности и наличие источников на морском дне способствуют формированию других интересных соляных структур, таких как соляные купола и соляные дымоходы, по словам исследователей.
Исследование связанных с этим процессов переноса осадков, происходящих на формирующихся пляжах, может также дать представление об устойчивости и эрозии аридных береговых линий при изменении уровня моря, а также о потенциале добычи ресурсов, утверждают авторы.