輸水拯救死海

段景頤

大量地陷洞遍布如今的死海岸邊，僅在以色列境內(nèi)的死海岸邊就有約6000個(gè)地陷洞。死海水位下降是地陷洞大量出現(xiàn)的直接原因。20世紀(jì)70年代死海表面海拔為-389米，死海的水面離附近的公路不遠(yuǎn)。然而今天，死海的表面海拔已下降到-427米，從岸邊到湖邊公路的距離超過1.5千米。缺水導(dǎo)致死海的面積大大縮小。

死海海平面下降后，大量鹽分被留在岸邊的土壤中，并脫水形成干燥的鹽晶。冬季幾次來勢(shì)兇猛的洪水滲入地下，干燥的鹽晶遇水后快速溶解在水中，滲入更深的地下。大量鹽晶從土壤中流失，這個(gè)過程將死海岸邊地面下的土壤一點(diǎn)點(diǎn)掏空，導(dǎo)致地表逐漸失去支撐，最終崩塌并形成地陷洞。

死海水位下降導(dǎo)致岸邊出現(xiàn)大量地陷洞。

“引紅濟(jì)死”

數(shù)百萬(wàn)年前，非洲板塊和阿拉伯板塊互相擠壓運(yùn)動(dòng)，造就了死海這個(gè)地球上海拔最低的洼地。距今2萬(wàn)年前，地球表面大部分被冰蓋覆蓋。當(dāng)時(shí)的死海位于冰蓋之下，被稱為“利桑湖”，充斥著大量水，面積也遠(yuǎn)超今天的死海。滄海桑田，利桑湖的面積越來越小，最終退化成加利利海、約旦河和死海。進(jìn)入21世紀(jì)，死海面積不斷萎縮，這引起死海周邊國(guó)家的重視。

來自紅海的海水或許可以拯救死海。死海的沿岸國(guó)家——巴勒斯坦、以色列和約旦大部分國(guó)土都是沙漠，從古至今都嚴(yán)重缺水。2013年12月，三國(guó)簽訂了“紅海一死海輸水工程”的戰(zhàn)略合作協(xié)議，計(jì)劃建造總長(zhǎng)約180千米的管道，將紅海水輸入死海。該工程既能穩(wěn)定死海水位，也能通過海水淡化工廠的處理增加新的淡水來源。該工程被簡(jiǎn)稱為“引紅濟(jì)死”，類似我國(guó)的“南水北調(diào)”工程。

經(jīng)過多年可行性研究，科學(xué)家給出了三種可能方案。其中最優(yōu)的一種是：在紅海北端的阿卡巴灣建設(shè)抽水站，從紅海抽上來的海水將順著管道爬升220米到達(dá)管道的最高處，然后再借助重力移動(dòng)174千米，一路經(jīng)過淡化工廠、水力發(fā)電廠等設(shè)施分流淡水，余下的含鹽鹵水最后匯人死海。預(yù)計(jì)到2054年，該項(xiàng)目可使死海的表面海拔上升至-416米。

這個(gè)龐大的工程涉及許多步驟。按計(jì)劃，第一階段每年將從紅海抽取4億立方米海水，并通過淡化工廠對(duì)海水進(jìn)行淡化，每年可分離2.1億立方米淡水和1.9億立方米含鹽鹵水。淡水用于居民飲用水、發(fā)電及農(nóng)業(yè)灌溉。鹵水繼續(xù)向北輸送，并最終匯入死海，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定死海水面高度的目的。

死?？赡茏兩?/h3>

死海雖然叫海，卻是個(gè)湖?，F(xiàn)在死海水面海拔只有-427米，湖床最深處海拔-800米。希伯來語(yǔ)（猶太民族的語(yǔ)言）中死海的字面意思是“鹽?！?。死海的含鹽率最高達(dá)34%，其鹽度是大多數(shù)海洋海水的10倍左右。如果從死海中舀出1升水倒進(jìn)鍋里熬煮，那么當(dāng)水分完全蒸發(fā)后，鍋內(nèi)會(huì)留下約250克鹽。如果有一天死海中的水被蒸發(fā)得一滴也不剩，那么死海湖盆中將留下370億噸鹽晶。這些鹽晶中30.5%是氯化鈉，其余為鎂鹽、鉀鹽和鈣鹽。

死海是全世界礦物質(zhì)濃度最高的水體。而引紅濟(jì)死中海水淡化后產(chǎn)生的鹵水排放到死海里，會(huì)帶來什么結(jié)果？為了回答這個(gè)問題，以色列科學(xué)家將紅海水淡化后留下的鹵水與死海水按照不同比例、濃度和溫度進(jìn)行混合。

幾個(gè)月的混合實(shí)驗(yàn)讓科學(xué)家得出一個(gè)意外結(jié)論：鹵水混入死海后，死?？赡軓乃{(lán)綠色變?yōu)榘咨?。這是因?yàn)樗篮Ｋw中富含鈣離子，紅海水體中富含硫酸根離子。兩者混合會(huì)生成白色的石膏（硫酸鈣）結(jié)晶，這些微小的白色顆粒會(huì)漂浮在死海的上層，或許會(huì)讓死海表面呈現(xiàn)白色。

引入紅海水也可能讓死海變紅。來自紅海的鹵水含鹽率只有7%，但死海水體的含鹽率高達(dá)34%。兩者混合將導(dǎo)致死海整體含鹽率下降，可能會(huì)讓死海變?yōu)榧t色。為什么鹽度下降會(huì)讓鹽湖變紅呢？這是因?yàn)樗篮５母啕}含量本身不適合生物生存，但如果鹽度下降到25%，那么死海就會(huì)成為杜氏鹽藻的理想繁殖場(chǎng)所。杜氏鹽藻身處高鹽環(huán)境中時(shí)，其體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量胡蘿卜素，導(dǎo)致湖水整體變?yōu)榧t色。美國(guó)猶他州的紅色大鹽湖就是杜氏鹽藻大量繁殖的結(jié)果。和威脅全球許多水體的赤潮不同，杜氏鹽藻大量繁殖不會(huì)嚴(yán)重影響生態(tài)。只不過，引入紅海鹵水后，藍(lán)綠色的死?？赡茉僖矡o緣得見。

美國(guó)猶他大鹽湖的一湖兩色景觀。

水錘效應(yīng)導(dǎo)致管道破損的例子。

管道風(fēng)險(xiǎn)

因?yàn)樗篮５钠骄}度是海水的近10倍，又因?yàn)樗篮Ｎ挥谏衬貐^(qū)，所以強(qiáng)烈的蒸發(fā)讓死海很容易析出鹽晶。這些粗糙的鹽晶對(duì)管道有很強(qiáng)的腐蝕性，并且會(huì)劃傷、割裂或堵塞管道。紅海海水淡化工廠的管道必須每三個(gè)月更換一次。修建管道選擇什么材料也很讓人頭痛：橡膠管易磨損，無法抵抗惡劣天氣，更換和維護(hù)費(fèi)用還很貴;鋼管走線不夠靈活，且容易在管道內(nèi)積累鹽晶;高密度聚乙烯管道的使用壽命過短。

長(zhǎng)距離輸水還要解決水錘問題。突然關(guān)閉管道出水口時(shí)，雖然閥門處的水流停止，但還沒流至閥門的水依然處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這些運(yùn)動(dòng)中的水流會(huì)像錘子一樣撞擊閥門，產(chǎn)生高壓和沖擊波，發(fā)出巨大的撞擊聲和錘子敲擊股的噪聲，這就是長(zhǎng)距離輸水管道中經(jīng)常發(fā)生的水錘現(xiàn)象。如果設(shè)計(jì)上沒有考慮周全，那么水錘所產(chǎn)生的沖擊波對(duì)引紅濟(jì)死工程輸水管道的威脅將是難以想象的。

雖然死海是地球上陸地海拔最低的地方，但從紅海向北的前100千米管道的海拔將一路上升。這意味著這段管道的輸水泵需要耗費(fèi)大量電能。此外，輸水管必須經(jīng)過阿拉瓦山谷這個(gè)地震高發(fā)斷層，又增加了項(xiàng)目的不可控因素。

因?yàn)槿祟悮v史上紅海和死海從未相連。所以誰(shuí)也不知道紅海水灌人死海會(huì)帶來什么結(jié)果，也許屆時(shí)的死海不再是許多人記憶中的那一汪清波。

鹽指效應(yīng)模擬圖。

破解死?！跋卵敝i

死海水體中下沉的“雪花”困擾了科學(xué)家十多年時(shí)間。從20世紀(jì)80年代初起，處于過飽和狀態(tài)的死海水體開始析出鹽品，也就是人們觀測(cè)到的死海“下雪”現(xiàn)象。不過，鹽晶為何只向下運(yùn)動(dòng)，而不是向上運(yùn)動(dòng)？這個(gè)問題一直得不到合理解釋。

影響水體密度的主要因素包括水體的溫度和鹽度：水中溶解的鹽分越多，或者水的溫度越低，水的密度就越大，反之則越小。夏季時(shí)，死海上層水體在強(qiáng)烈日照下，溫度大大超過下層水體，結(jié)果就是上層水和下層水的分層較為穩(wěn)定。不過，這個(gè)看似穩(wěn)定的系統(tǒng)具有欺騙性，因?yàn)闇囟葦U(kuò)散的速度遠(yuǎn)超鹽分?jǐn)U散的速度。經(jīng)過上下層水交界面的交換，一些飽和度低的下層冷水被加熱后上升。同時(shí)，上層的溫暖水在溫度下降后向下層移動(dòng)。水的移動(dòng)在交界面的上下方向都形成了名為“鹽指”的柱狀水流。

由于死海水體時(shí)刻都處于完全飽和狀態(tài)的邊緣，所以溫度只要稍有下降，水中的鹽分就會(huì)析出。向下移動(dòng)的鹽指在遇到下層低溫水后溫度下降，導(dǎo)致其中溶解的鹽分析出，由此就形成了死海水下“下雪”的景觀。

死海鹽度為何如此高？

死海屬于終點(diǎn)湖。顧名思義，死海是地面徑流的終點(diǎn)。不過，雖然死海不斷有水分補(bǔ)充，但是地處沙漠邊緣的死海的蒸發(fā)速度很快。死海的年降水量約為3900萬(wàn)立方米，而年蒸發(fā)量卻高達(dá)7.54億立方米。溶解在徑流中的礦物質(zhì)最終都留在死海中，經(jīng)年累月，就有了死海超高的鹽度。