湖泊中的矿物密码

撰文/ 石敏（中国地质大学〔武汉〕）

在地球广袤的陆地表面，上亿个湖泊星罗棋布，点缀着宽广的大地。其中面积大于10公顷（一个标准足球场的面积大约有1公顷）的就有140万个。湖泊就像地球上所有的生命一样，要经历形成、发展、收缩的过程。它们的“一生”或长或短，但最终都会消亡。而矿物里隐藏着湖泊“一生”的印记。让我们以干旱地区的湖泊为例，去探索其中的奥秘吧！

湖泊里“开”出“石头花”

有一种“盛开”在沙漠里的“石头花”，叫作“沙漠玫瑰”，它们的“花瓣”由一丛丛沾满细沙粒的石膏晶体组成。如果你在沙漠里有幸遇到“沙漠玫瑰”，那么，你的脚下很可能正踩着一个已经被黄沙掩埋的古代湖泊，因为“沙漠玫瑰”是盐湖中石膏结晶析出的产物。

干旱地区的湖泊，通常只有进水口没有出水口，湖水不断蒸发，水中的矿物质和盐分逐年积累，因此，通常都是咸水湖。湖水中溶解了大量的钾、钠、钙、镁、锂等金属离子的氯化物、硫酸盐和碳酸盐。常年蒸发量大于注入量，导致湖水中溶解的化学物质总是处于高饱和状态。由于这些盐类的溶解度各不相同，随着水分蒸发，湖水的盐度不断增高，各种化学物质就会按照它们溶解度的大小依次沉淀下来，形成不同的矿物，“沙漠玫瑰”就是在这个过程中形成的。

湖泊的“一生”

第一阶段：半咸水湖

干旱地区湖泊的湖水在逐渐蒸发咸化的过程中，溶解度最小的碳酸盐首先达到过饱和状态而结晶沉淀，形成以碳酸钙为主的软泥，有的地方还会生长叠层石。等碳酸钙沉积得差不多了之后，沉积物逐渐转变为白云石和苏打。如果湖水中含有硼酸盐，还会逐渐沉淀出硼砂。这个时期的湖泊，水域面积大、湖水比较深，湖水的成分和海水较为相似，属于半咸水湖。

中国最大的内陆湖泊青海湖，就是一个处于碳酸盐沉积阶段的半咸水湖。青海湖形成于距今大约200万~20万年之前。初期的青海湖是一个与黄河水系相通的淡水湖。后来随着新构造运动的进行，周围的山脉隆起，堵住了青海湖通往黄河水系的河道，湖水只进不出（干旱地区的蒸发量很大，水分被蒸发掉，但是流水带来的矿物不断沉积在湖泊里，因此湖泊面积会逐渐缩小），当地的气候也逐渐变得干燥少雨，湖水就逐渐由淡水演变成了咸水，湖面面积也在不断缩小。

第二阶段：咸水湖

随着水分的进一步蒸发，湖水的盐度继续升高，硫酸钙开始结晶析出并形成石膏，硫酸钠会沉积下来形成芒硝，半咸水湖就变成了真正的咸水湖，也可以称为苦湖。

世界闻名的死海就是一个处于硫酸盐沉积阶段的咸水湖，湖水的盐度高达正常海水的10倍。由于湖水盐度太高，湖中除了细菌之外没有其他的生物，涨潮的时候，从约旦河游来的鱼一旦进入死海，很快就会死亡，岸边也只能稀疏地生长适应盐碱地环境的盐生植物。

第三阶段：盐湖

湖水如果再进一步浓缩，氯化物就开始接近饱和，湖水变成天然卤水，这时候的湖水已经可以进行工业开采。卤水进一步蒸发，石盐（氯化钠）、光卤石（卤化物）和钾盐等氯化物就会陆续结晶沉淀。

位于青海省的茶卡盐湖就是一个处于氯化物沉积阶段的盐湖。和青海湖的经历相似，茶卡盐湖也曾经是一个有出水口的淡水湖。但是从大约10万年前开始，构造运动导致周围的山脉隆升，将茶卡变成一个内流湖，湖水只进不出，盐度越来越高，演变成今天这样一个可供开采结晶盐的盐湖。

第四阶段：沙下湖

盐湖水消失之后，原来的积水洼地被沉积的各种盐类填满，这样的“湖泊”会逐渐被风沙掩埋到地下彻底消失。

中国新疆著名的罗布泊就是这样一个已经被掩埋地下的沙下湖。在1000多年前，罗布泊周围曾经活跃着许多游牧民族，当时农业发达，灌溉系统众多。如今斗转星移，再次站在罗布泊边上，满眼望去只有黄沙。

以上就是干旱地区湖泊完整的一生，从一个淡水湖开始，经历碳酸盐沉积阶段（半咸水湖）、硫酸盐沉积阶段（咸水湖）、氯化物沉积阶段（盐湖），最后干涸变成埋到地下的沙下湖。

盐湖中的宝藏

在古代，内陆地区距海遥远，从盐湖中提取的钠盐一直是当地人食盐的主要来源。在山西运城，我们的祖先从4000多年前就已经学会如何开采利用盐湖。到了现代，盐湖中的许多矿物仍然在国计民生中扮演着重要角色：钾盐可以用来做农肥，镁盐是重要的医药原料，石膏可以用来做建筑材料……

随着电子产品和新能源汽车等领域的发展，人类社会对锂电池的需求越来越大，而盐湖中的锂盐正是制造锂电池的主要材料。根据中国地质调查局的地球资源利用报告，中国锂资源量的82%来自于盐湖，而青海和西藏的盐湖是中国锂矿的主要来源。

在地质历史上，经历以上沧桑巨变，惊鸿一现又消失的湖泊多如繁星，它们留下的亿万吨的矿物，方解石、“沙漠玫瑰”、硬石膏、石盐……要么埋藏在地下，要么散布在沙漠里。它们可以讲述湖泊千万年的历史，也可以告诉我们脚下正埋着无尽的财富。

知识拓展盐湖的“逆生长”

受到构造运动、气候变化和物质来源等很多因素的影响，不同湖泊的“一生”会表现出很大差别。例如，千百年来面积一直在收缩变小的青海湖，在最近20年里却开始“逆生长”。青海湖的水量在最近20年里增加将近14亿立方米，这样庞大的水量相当于100个西湖水量的总和。2000年，青海湖的总面积大约是4256平方千米，而到了2020年，它的总面积已经增长到4589平方千米。