炎炎夏日,持续的高温让人们苦不堪言,狼狈至极。只要一出门,便仿佛进入“红温”状态,汗水如注,不断裹挟着身体中的盐分缓缓流失。盐湖同样迎来了属于它的“红温”时刻:从纯净的蓝色、充满生机的绿色,到明艳的黄色、热烈的红色,此时的盐湖犹如一个神奇的调色盘,呈现出绚丽多彩的迷人景象。
山西运城盐湖
提起盐湖,大多数人的脑海中往往会浮现出“天空之境”“茶卡盐湖”等字眼。 在人们的印象中,它通常是蔚蓝的、澄澈的、洁净的,宛如一面镜子,将大地之上的空间复刻在湖面。 然而,多彩盐湖在大自然中并非罕见之物。
01 什么是盐湖?
顾名思义,盐湖就是含盐量比较高的湖。人们把含盐量大于35克/升的湖叫做盐湖。盐湖是以蒸发、沉积盐矿物为主的湖泊,并以产出硫酸盐和氯化物盐类矿物为特色。
内蒙古浩通音查干淖尔
(“淖尔”在蒙语中是湖的意思)
盐湖形成有很多原因,最重要的形成条件有三个:封闭或半封闭的地形、成盐物质的补给以及干旱或半干旱的气候。
地质作用形成封闭的环境,四周隆起而中央坳陷,盐湖的胚胎就此形成;湖盆成形之后,水流或轻柔、或汹涌,将岩石中的各类矿物成分以离子的形式携带而出,汇入盆地;干旱的气候赋予湖盆较大的蒸发量,大量的水分蒸发而去,盐类物质随之逐步浓缩、不断富集;经过这样长期的演化发展,形成了盐湖。
咸水湖形成示意图
02 盐湖为什么
会有颜色?
多彩盐湖是大自然的得意之作。晴朗的日子里,茶卡盐湖呈现出浅蓝色或深蓝色;察尔汗盐湖呈现出翠绿色、浅绿色或浅蓝色;运城盐湖五彩斑斓,红色、玫瑰红色、黄色、绿色、蓝色、紫色等交织排列……盐湖可以澄澈透亮、沁人心脾,也可以色彩缤纷、热情似火。为什么盐湖会呈现出不同的色彩?
青海察尔汗盐湖
矿物质
矿物质是盐湖中被大量开发的资源,也是盐湖的“染色剂”。例如,适量的铜离子可能使湖水呈现出浅蓝色;亚铁离子等可能导致湖水呈绿色;铁元素在特定的氧化还原条件下,可能形成三价铁离子的氧化物或氢氧化物,这些物质通常呈现红色;倘若盐湖中含有较高浓度的硫酸盐矿物,如硫酸钠等,湖水便可能呈现黄色……
生物
然而,矿物这种“染色剂”尚且不够霸道,真正决定盐湖色彩的是自在遨游其中的耐盐生物,如嗜盐古菌、藻类等。它们如同火锅底料一般,将生产的色素在盐湖中尽情渲染,把盐湖从“清汤锅”变成了“红汤锅”。其中,杜氏盐藻是最经典的“火锅底料”。
(上)盐藻电镜图片(Rosa V 等,2004)
(下)盐藻剖面图(Michael A B 等,2007)
杜氏盐藻是一种独特的耐盐微藻,是单细胞生物。它有两条等长的鞭毛,能够在水体中自由游动;有一个杯状的叶绿体和淀粉核,可以利用光照、二氧化碳和水合成有机物质,为自身提供能量和营养。它在自然界中广泛分布,耐严寒(-37℃)、忍酷暑(53℃),耐强酸强碱,能够在0~11的pH范围内存活,展现出惊人的生命力!为什么它如此顽强?
杜氏盐藻缺乏坚硬的细胞壁,但有一层独特的粘液外膜,是糖蛋白和神经氨酸组成的天然原生质体。该质体在受到外界压力时更容易变形,帮助杜氏盐藻更好地适应不断变化的环境条件。它还能控制甘油代谢,以实现细胞内外的渗透压平衡。
杜氏盐藻诱导后β-胡萝卜素积累的光保护机制。A.正常培养条件下的杜氏盐藻、B.强光或高盐条件下杜氏盐藻 β-胡萝卜素积累情况。
生活条件良好时,杜氏盐藻主要生产叶绿素,呈现出绿色;而强光和高盐的恶劣条件会对叶绿体造成破坏,一旦叶绿体无法工作,盐藻就会遭遇生命危险——于是它合成红色的类胡萝卜素(主要是β-胡萝卜素)来保护唯一的叶绿体。炽热的夏日,烈日如火般炙烤着大地,温度节节攀升,导致水分大量蒸发,盐分浓度随之增加,杜氏盐藻的生活环境变得极端,大量β-胡萝卜素被生产出来,杜氏盐藻也由绿色转变为了红色。这就是盐湖绚丽多彩的奥秘所在!
山西运城盐湖
光照
除去矿物质、藻类等生物对盐湖色彩的影响,湖水本身展现出迷人的光学特性,其对光的折射、反射和吸收表现出不同的风貌。想要在茶卡盐湖拍出大片的旅客往往会选择晴天出行,此时天空一片蔚蓝,湖面也显得澄澈、湛蓝;如果运气不好遇到阴天,厚重的云彩削弱阳光,湖面就会显得浑浊、灰暗。因此,想要更好地观赏盐湖,密切关注天气预报显得尤为重要。
作者在内蒙古浩通音查干淖尔航拍的照片
03 盐湖之于人类
人类对盐湖的认识与开发历史悠久,可追溯到距今4500~4600年。据考古,中国山西运城解池是世界上最早开发盐湖之一。在商代后期(公元前1395~1122)的殷墟中发现的甲骨文“卤”字的写法为:
实为从解池盐湖引卤至盐池晒盐工艺的形象素描。
盐,不仅是生命存续不可或缺的基石,更是人类文明发展轨迹的忠实见证者。在古代,盐不仅是味蕾上的简单调味,更是经济与政治交锋的焦点,国家是否实行盐铁专营,往往映射出政局的统一与分裂;而百姓餐桌上的盐量,则悄然揭示了时代的经济繁荣与民生福祉。随着科技的车轮滚滚向前,“旧时王谢堂前燕,飞入寻常百姓家”,盐已经在社会中广泛普及。甚至盐的功能已远不止于调味,例如钾盐的食用能有效预防甲状腺肿大等。
在我国,食盐的供应格局已发生深刻变革。当前,井矿盐以87%的占比稳坐供应头把交椅,海盐与湖盐分别以10%和3%的比例紧随其后,共同构成了多元化的食盐来源体系。尤为值得一提的是,井矿盐与湖盐合计占比高达90%,且均远离核污染之忧,为民众提供了安全可靠的食盐保障。
食盐供应市场格局
然而,盐湖的价值远不止于此。在这片神奇的水域中,还蕴藏着锂、钾、镁等丰富的矿产资源,在农业、新能源、化工业制造等领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景。现如今,地质学、生物学、化学等多学科联合起来,对盐湖进行研究、大规模开发与深加工,盐湖疗养与旅游综合利用也已提上日程,盐湖的价值将得到更加充分的挖掘与利用,继续在人类文明的长河中熠熠生辉。
青海察尔汗盐湖-旅游业盛行
山西运城盐湖-盐湖与人类密不可分
(图源网络)
参考文献
[1]郑绵平.盐湖学的研究与展望[J].地质论评,2006,(06):737-746.DOI:10.16509/j.georeview.2006.06.003.
[2]林彬.杜氏盐藻产虾青素细胞工厂的构建[D].山东理工大学,2019.DOI:10.27276/d.cnki.gsdgc.2019.000399.
[3]周毅航,陈晓倩,杨敏,等.杜氏盐藻的基础生物学和开发应用研究进展[J/OL].广西植物,1-24[2024-09-11].http://kns.cnki.net/kcms/detail/45.1134.Q.20240730.1854.005.html.
[4]M. Avron, Mode of Action of the Massively Accumulated β-Carotene of Dunaliella bardawil in Protecting the Alga against Damage by Excess Irradiation [J], Plant Physiology, 1989, 91(3): 1040-1043.
[5]B.M. Smith, P.J. Morrissey, J.E. Guenther, J.A. Nemson, M.A. Harrison, J.F. Allen, A. Melis, Response of the Photosynthetic Apparatus in Dunaliella salina (Green Algae) to Irradiance Stress [J], Plant Physiology, 1990, 93(4): 1433-1440.
[6]L.J. Borowitzka, M.A. Borowitzka, T.P. Moulton, The mass culture of Dunaliella salina for fine chemicals: From laboratory to pilot plant [J], Hydrobiologia, 1984, 116-117(1): 115-121.
[7] A. Ben-Amotz, A. Lers, M. Avron, Stereoisomers of β-Carotene and Phytoene in the Alga Dunaliella bardawil [J], Plant Physiology, 1988, 86(4): 1286-1291.
来源:石头科普工作室
编辑:二分
转载内容仅代表作者观点
不代表中科院物理所立场
如需转载请联系原公众号
1.2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.