如果把地球上的一半海水放到沙漠里会出现什么情况?

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如果把地球上的一半海水放到沙漠里会出现什么情况?

图片:

地星引力,某青少年科普杂志编辑一枚~

地中海,就是这么一个很多次被海水淹没的大沙漠。

按照地中海的现实情况来看,沙漠最终还是会变成大海。


一、打穿地壳的计划

上个世纪 50 年代,得益于科学技术的进步,人们对于地球的认识越来越深刻。

1909 年,克罗地亚地震学家莫霍洛维奇在利用地震仪记录巴尔干半岛的地震时发现,这些地震波在地下 33KM 的地方传播速度突然加快,地震波波速从 6.3Km/s 突变到 8.0KM/s,这么突然的变化说明在这一深度处必然存在物质性质的突变。从这一发现开始,人们开始利用地震波探测地球内部的结构。

在更多的全球各地的自然地震和人工地震(用炸药或其他手段制造地震波)数据支撑下,人们发现了地球的圈层结构:地壳、地幔、地核。这就是我们如今从小学就会学到的地球圈层结构的知识。

地球是分层了,我们如今小学生都知道,但是百年前这还是一个新发现 图 /shutterstock

其中莫霍洛维奇提出的这个地震波波速突变带在全球都普遍存在,而且波速基本上都是 6.5→8Km/s,科学家们把这一层看作是地壳和地幔的分界面。不过这一深度在全球各地是不一样的,在陆地上平均为 33Km,在海洋中比较薄,为 5-15Km 不等。

50 年代的科学突飞猛进,这带来的后果就是科学家们普遍脑洞大,胆子大,行动力强。在知道了海洋中的地壳深度最薄只有 5Km 之后,科学家们自然有了一个大胆的想法:到海底打钻,打穿地壳!这个计划被称为“莫霍面钻探计划”,不幸的是,这一计划最终因资金和技术的原因被迫中止。

但是因为这个计划,向海底打钻的思想深深扎根进了科学家们的头脑中,而这正是地中海海底荒漠最终被发现的起点。

二、深海钻探计划

在“莫霍面钻探计划”中止后,在地质学界很快又出现了一个很大的理论革新:板块运动理论。在此之前,地质学家们都认为地球上的陆地是不会变动的,它们只是会在局部产生隆起或者是凹陷,隆起的地方被称为地台,这里会形成高原、山地;凹陷则被称为地槽,在这里因为地势较低则会形成广阔的湖泊。

我们很熟悉的魏格纳,他在 1919 年提出大陆漂移学说后,这个学说在很长时间内都是得不到学界认可的,这是因为魏格纳无法解释一个很重要的东西:大陆漂移的动力从哪里来?

大陆轮廓是很像,但是它们漂移的动力从何而来?

七大洲的陆地如此广袤,它们的质量如此巨大,该有多大的力量才能够推动这些陆地的移动?这些力量又是作用在陆地的什么地方才能推动它们移动?这个动力的问题不解决,人们就无法接受大陆漂移学说。

但是科技的发展加深了我们对地球的认识。上一节我们讲到了,人们通过地震波认识到地球是分层的,我们所生活的地壳其实是非常薄的一块,在地壳之下还有地幔和地核。

地球圈层结构

与此同时,西方国家应用声波,认识到了在海底存在着绵延数万公里的海底山脉,这些山脉被人们统称为大洋中脊。在大洋中脊处,不间断地往外喷溢着岩浆,这些岩浆喷出后在海水中很快冷却,于是就形成高高的海底山系。

全球洋中脊分布
大西洋的洋中脊,在谷歌地球中清晰可见
太平洋,大西洋,印度洋的三个洋中脊在印度洋南部相互交汇

科学家们根据洋中脊,以及当时还探测到的洋底磁异常条带的证据(这一点比较复杂,有机会再讲,或者知乎搜索相关关键词,也有很多好的回答),提出来一个新的理论:板块构造理论。

板块构造理论认为,我们的地壳是“漂”在地幔之上的,地幔中的物质处于一种塑形状态(类似于橡皮泥,或者是糖浆),在地核高温的烘烤下,地幔物质就好像被加热的开水,不断翻滚,在翻滚的过程中带动了地壳的运动,这就是地壳运动的终极动力。而洋中脊则是一个热量的释放口,在这之下来自地幔的岩浆向上涌动,推挤两侧的地壳,于是地壳在这种推挤压力之下就开始运动,而大洋中脊即是地壳被拉裂的那一条缝,在地壳被拉裂后岩浆从这里上涌冷却,形成新的地壳。

板块运动的动力来自于地幔运动
细节图,洋中脊处岩浆向两侧推挤地壳,让地壳运动

这个理论解答了魏格纳大陆漂移说的动力问题,对于当时的地质学界无疑是一个极大的颠覆。为了验证这个理论的正确性,于是科学家们开启了新一轮的洋底打钻活动——深海钻探计划

三、古海荒漠

深海钻探计划在全世界各地的海洋中打了许多钻孔,地中海当然也不例外。

深海钻探计划的钻孔位置

在地中海的钻探钻出的岩芯中,地质学家们发现了一些奇怪的线索:石膏。石膏是一种极为典型的蒸发岩,是由于湖盆或者是浅海中的水被大量蒸发,水中的矿物质富集浓缩而形成的。打出了石膏,说明这里曾经干涸过。

死海边的石膏与蒸发岩沉积物
白色的条带就是岩层中的石膏层 图 / 见水印

在整个地中海的航次中,在绝大部分能够取得岩芯的样品中,地质学家们都发现了石膏的踪迹,而且根据微体古生物学家们的研究,在取出的岩芯样品中发现了微生物组合的变化:从正常海水微生物组合,到咸水微生物组合,再到无微生物(卤水,盐度太大直接灭绝了)。这些事实无不说明一个问题:地中海曾经干涸过

干涸的地中海可能长啥样?我觉得可能就如我们如今的见到的大部分盐湖一般。

茶卡盐湖 图 /VCG
茶卡盐湖 图 / 见水印

地质学家们根据他们取得的岩芯证据,还原了地中海荒漠化的过程。

1.大约 1 亿年前,地中海还是一片开阔的海洋,这片海洋被称为特提斯洋

截图,来自于 B 站@云舞空城《板块运动史》

2.随后,因为板块运动,这片海域不断缩小,到 1000 万年前,基本上就和我们现在看到的地中海差不多了,此外,我们还能看到,黑海、里海、咸海这一溜内陆大湖的形成,它们原先也都与地中海是相连的,只不过在板块运动中分离并完全被大陆所包围,从而成为了内陆湖。

6000 万年前,正在缩小中的特提斯洋
1000 万年前,古地中海以及与今天很相似了

3.到了大约 600 万年前,地中海跟我们现在见到的已经完全一致,它只有一个直布罗陀海峡与大西洋相连接了。这时候,可能因为板块运动的影响(也可能因为气候变化),直布罗陀海峡关闭,将地中海和大西洋真正分隔开来。这时候地中海成为真·地中海。没有了大西洋海水的补充会发生什么事情?看看咸海的经历我们就知道了。

2000-2013 咸海变化

4.到了大约 550 万年前,地中海已经变成一系列相互分隔开来的巨大咸水湖群,其水面比原有的海平面低了 1500 米。大约在几十万年内,地中海中的咸水巨湖就迅速干涸,干涸之后的地中海,形成了一个又大又深的凹陷盆地,这个盆地面积超过了 250 万平方公里(超过 30 个渤海的面积),平均深度在 1500 米左右。在盆地底部形成了又白色的蒸发岩和蒸发盐形成的盐碱荒漠(你没看错,蒸发盐和蒸发岩~手动狗头),据估计,地中海及其周边海域干涸一次析出的蒸发盐总量可能达 270 万亿吨。[1]

google 地球上的地中海
地中海 3D 图···我是想做的很 3D 来着,但是感觉效果很不好啊,有没有大佬愿意教我做这种 3D 地形图?

5.随后,可能因为气候变化等原因,海平面上升,海水沿着直布罗陀海峡从大西洋倒灌回地中海。在倒灌的过程中,在直布罗陀处形成了一道巨巨巨巨巨大的瀑布,这道瀑布宽度在 20 公里左右,高度平均为 350 米左右,最高处可能达到 1100 米上下。海水由此倒灌进入地中海,最终地中海再次被缓慢填满。这是一个由语言完全无法描述的震撼场面,大家各凭脑洞吧。

直布罗陀海峡 3D 地形
从大西洋看地中海,所有的海水交换都要通过直布罗陀海峡这么细小的通道进出

6.但是,我要说但是了。根据现代钻探的实际情况看,地中海析盐总量为 9~12×1000000000000000t(别数了,是 10 的 15 次方,知乎什么时候才能输入数学公式啊?),即使按照 1 亿亿吨来算,也比 270 万亿吨多 37 倍,这可能意味着地中海干涸了 37 次之多。无论是钻探得到的盐总量还是钻探得到的海洋微生物的繁盛 - 灭绝 - 繁盛 - 灭绝的化石证据都证明了这一点。

四、地中海干涸造就了人类形成

地中海如此巨量的盐,并没有安安静静呆在在干燥的地中海盆地中。据估计,在数百万年的时间内,干涸的地中海区域向下风向的非洲和阿拉伯半岛乃至于西亚地区输入了约 150 万亿吨的盐碱粉尘,如此巨量的粉尘直接让这些地区变成了盐漠或是重度盐碱地,当这些盐再次被大风带走,荒芜的土地上再也没有了植被的踪迹,最终形成我们如今见到的非洲、阿拉伯大沙漠,以及西亚的荒漠环境。

地中海南部的非洲、阿拉伯以及更远处的西亚,都是沙漠 - 荒漠地貌

在地中海干涸——被海水填满——干涸——再次被海水填满的循环中,我们人类逐渐崛起了。从大约 700 万年前开始,人类与黑猩猩分道扬镳,最终形成了如今的智慧生物。这很可能就是地中海干涸的功劳,当地中海第一次干涸,海底的盐碱开始入侵非洲北部,让非洲北部不断干旱化。在此背景下,森林变成了草原,于是一部分栖息于森林中的灵长类不得不下地行走,适应草原环境;而随着草原又变成了荒漠,这些下地行走的灵长类又不得不向南迁徙。

地中海干涸带来的环境变化可能是古猿下树生活的动力 图 /Fine Art America

正是在这种动荡变化的环境中,我们人类的祖先完成了从猿到人的伟大转变。或许在这群猿类在向各个方向迁徙的旅途上,也曾见到大西洋的海水从伟岸的直布罗陀大瀑布上倾倒直下的宏大场面。

致敬地中海!


关于地中海,地质学家许靖华写过一本科普书《古海荒漠》,我以上的回答的灵感就来自这本书。

参考文献

[1]宋怀龙. 晚中新世末期重大环境群发事件的影响与评估——古地中海干涸与世界荒漠及人科动物的形成[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2013(02):51-62.

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