Парадокс Мёртвого моря

Исследователи объяснили, почему кристаллы соли образуются в менее солёном слое воды.

Если на стекло поместить несколько капель обычной воды и дать им высохнуть, то на их месте останется тонкий белый налёт – кристаллы солей, которые до этого были растворены в воде. Логично, что чем больше солей содержится в воде, тем больше осадка останется после её испарения.

Если от маленьких капель перейти к немного большим масштабам, например, попробовать осушить какое-нибудь море, то суть процесса от этого не изменится, разве что вместо тонкой соляной плёнки на стекле получится слой морской соли толщиной от нескольких десятков до сотен и даже тысячи метров. Именно такой соляной слой, его ещё называют эвапоритовой толщей, находится на дне современного Средиземного моря, которое в период, начавшийся примерно шесть миллионов лет назад, несколько раз практически полностью пересыхало. Произошло это из-за нарушения связи между Средиземным морем и Атлантическим океаном, когда лишившись притока океанической воды, море испарялось за короткое по геологическим масштабам время – всего лишь около тысячи лет.

Но если тогда судьба Средиземноморья зависела от масштабных геологических и климатических процессов, то сейчас уже человеческая деятельность может влиять на жизнь целого моря.

Речь идёт, правда, не о Средиземном, а о Мёртвом море. Конечно, название «море» применительно к этому водоёму не совсем точно, по сути, это солёное озеро, но в плане процессов испарения и кристаллизации солей это картины не меняет. Главный источник свежей воды для Мёртвого моря – это река Иордан, однако с каждым годом она приносит всё меньше и меньше воды, которую человек забирает для своих нужд. В результате площадь Мёртвого моря за последние сто лет сократилась почти в два раза, а его уровень падает примерно на один метр каждый год.

Группа исследователей из Калифорнийского университета, геологической службы Израиля и Университета имени Бар-Илана заинтересовалась природой необычного эффекта, который они наблюдается в водах Мёртвого моря. При определённых условиях из слоя воды, который находится рядом с поверхностью, начинают выпадать хлопья кристаллов соли, которые затем опускаются на дно.

Исследователи создали теоретическую модель, которая описывает это явление, а затем проверили полученные результаты на практике.
Причина выпадения «соляного снега» кроется в особенностях смешивания двух слоёв воды. Непосредственно рядом с поверхностью находится слой тёплой воды, которая обладает меньшей плотностью, чем вода из нижнего холодного слоя. Это разделение весьма устойчиво, потому что холодная и плотная вода не стремится подниматься, а тёплая и менее плотная – опускаться.

Но, кроме разницы в температуре, эти два слоя отличаются солёностью: в верхнем слое за счёт постоянного испарения концентрация растворённой соли становится выше. Однако на границе этих слоёв перемешивание всё-таки происходит: оба слоя как бы запускают друг в друга «пальцы» – небольшие струйки холодной воды, двигающиеся вверх, и тёплой солёной, направленные вниз. Когда тёплая и солёная вода попадает в холодную и менее солёную, то она начинает остывать, а соль за счёт диффузии начинает равномерно растворяться в окружающей толще воды.

Но охлаждается такая струйка намного быстрее, чем теряет свою соль, в результате в этом объёме жидкости образуется пересыщенный солевой раствор: содержание соли в нём становится больше, чем может раствориться. И весь этот излишек выпадает в осадок, образуя те самые солевые хлопья. В этом и кроется разгадка этого парадокса, когда кристаллы соли формируются в, казалось бы, менее солёном слое воды, хотя логичнее было бы предположить их образование в том слое, где происходит интенсивное испарение. Поскольку Мёртвое море представляет сейчас своеобразную модель высыхающего моря, то вполне возможно, что и эвапориты на дне современного Средиземного моря образовались в результате схожих процессов.

По материалам Water Resources Research