撰文 | Ziv

审校｜阿娴

玻利维亚安第斯山脉山顶的乌尤尼盐沼，是世界上最大的盐沼。它由干涸的史前湖泊形成，现在已经成为全球最受欢迎的旅行目的地之一。

这些史前湖泊存在于大约4万年前，但是随着时间的推移全部蒸发了。现在，乌尤尼盐沼被几米厚的平坦盐壳覆盖着。雨后，一层薄薄的雨水将盐壳变为世界上最大的“天空之镜”。

日出时分，倒映着山峦的乌尤尼盐沼（图片来源：wiki）

据估计，乌尤尼盐沼含有100亿吨盐。而那里最令人感到惊讶的，是盐壳上布满了神秘的六边形。

乌尤尼盐沼上结晶的盐形成了六边形（图片来源：wiki）

除了乌尤尼盐沼，美国死亡谷里的恶水盆地也同样经过了数万年的蒸发。盐分随着时间积累，在平坦的地面上形成了由多边形拼凑成的盐壳。

美国死亡谷的恶水盆地（图片来源：National Park service）

智利阿塔卡马盐沼经过了更快的蒸发过程，所以里面的盐粒比较粗糙。不过它的湖面同样形成了让人迷惑的多边形格子。

事实上，世界上其他盐沼也经常出现这些神秘的多边形，而且它们的形状大小差不多。除了盐沼，我们也会发现泥土干裂或冰层冻裂形成的多边形，但它们的大小往往差异很大。

干裂的泥土（左）和裂开的冰（右）（图片来源：Freepik）

所以盐沼上的六边形是怎么形成的呢？这引起了很多人的好奇。

物理学家Jana Lasser发现答案藏在地下。通过复杂的数学模型和计算机模拟，他们看到盐壳之下的变化才是决定盐壳形态的关键所在。

盐沼通常形成于降水稀少，而且蒸发量大的地方。当渗透出地表的地下水蒸发，会留下溶解在水中的盐和其他矿物质。

最重要的是，这个过程形成了浓缩的盐脊，将湖泊分成了一个个多边形——大部分是六边形，还有少量五边形或其他形状。

不同地区盐湖中的盐脊：(a)死亡谷中部盆地，(b)美国欧文斯湖，(c)恶水盆地（图片来源：参考资料[5]）

科学家曾经尝试过用泥土破裂的模型模拟六边形出现的过程，也试过模拟冰层冻胀后破裂的过程，不过都跟这种盐沼上的六边形不太一样。

盐沼中盐的类型各有不同，有些盐沼以氯化钠为主，而其他地区可能亚硫酸盐更多，盐壳的厚度也从几毫米到几米各不相同。

但是不论盐壳是一米还是一毫米厚，盐沼上都有1~2米宽的多边形格子。之前科学家借助泥土破裂的模型模拟盐沼形成的多边形，格子大小会根据盐壳厚度的变化而变化，这与自然现象并不相符。

“地下流体的流动能够解释这些独特图案形成的原因。”Lasser说。

当地下水从地表蒸发时，盐会浓缩在剩余的地下水中。密度更大、更沉的咸水会下沉，迫使密度较小的水向上流动。

（图片来源：参考资料[5]）

Lasser和同事们发现，随着时间的推移，这种对流往往会将下降的咸水推到垂直的片状区域中。这些片状区域的上方会聚集更多的盐，因此那里会形成厚厚的盐脊。中间则由较薄的盐壳组成，这样就自然形成了世界上盐沼共有的多边形。

高盐度的水流下沉，形成了狭窄的片状区域，在水面以上就表现为盐脊，进而组成多边形的形状（图片来源：参考资料[5]）

科学家选定的研究区位于美国欧文斯湖。在上世纪20年代，这里的水被引到纽约，导致湖泊干涸，高浓度的盐分以及有害的砷在湖面积累。

为了形成稳定的盐壳，防止砷挥发到空气中随风飘散，人们向盐湖中加了一些盐水。

虽然这片区域的环境被毁，但注入盐水、加厚盐壳的过程给科学家带来了研究“神秘六边形”的绝佳机会。

“物理学不仅仅是坐在电脑前。”Lasser表示，如果没有考虑盐壳之下水的流动，这些模拟将毫无意义。

参考资料：

[1]https://en.wikipedia.org/wiki/Salar_de_Uyuni

[2]https://www.nps.gov/deva/learn/nature/salt-flats.htm

[3]https://www.nps.gov/places/badwater-basin.htm

[4]https://www.sciencenews.org/article/geometric-patterns-salt-flats-worldwide

[5]J. Lasser et al. Salt polygons and porous media convection. Physical Review X. Published online February 24, 2023. doi: 10.1103/PhysRevX.13.011025.

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