【CC讲坛】秦占杰：气候变暖的新思考，海底巨厚蒸发岩成因之谜_风闻

秦占杰

中国科学院青海盐湖研究所 副研究员

假设把当今地中海的水全部蒸干后，只能形成二十六米厚的蒸发岩，但是在五百多万年前，地中海短时间内形成了两千多米厚的蒸发岩。难道五百多万年前地中海被蒸干了一百多次吗？

我是来自中国科学院，青海盐湖研究所的秦占杰，我今天跟大家分享的题目是《海底巨厚蒸发岩成因之谜》

首先给大家展示两张图片“盐”就是我们日常生活中所用到的食盐，氯化钠，没有它我们的生活会索然无味。我们的老祖宗非常的智慧，早在两千多年前就通过打井，抽取井里面这种高盐度的卤水，来人工熬制食盐。

现在主要是在海边，修建盐田来晒制食盐。在我国西北的青藏高原有很多的盐湖，像青海的茶卡盐湖，也是修建盐田来晒制食盐，加工以后我们就能食用了。

我今天所讲的蒸发岩，主要就是由石盐组成的，当然是没有被加工过的。除了石盐，还包括一些硫酸盐，像石膏，我们家里面装潢用的石膏板，就是由它制成的；还有一些碳酸盐，像方解石，我们家里面刷墙用的石灰，就是由它制成的。蒸发岩，我们通常的定义就是太阳蒸发，当湖盆里面的水体逐渐咸化的时候，达到盐类矿物结晶的饱和点，蒸发岩就可以析出来了。它与我们平时所见的那种非常坚硬的石头，还不太一样，像北京凤凰岭那种花岗岩，大家都见过，非常坚硬，蒸发岩跟它是不一样的，蒸发岩是易于溶解的。

这些就是蒸发岩的一些单晶的矿物，这些单晶矿物大量堆积以后，就能形成我们的蒸发岩体了。蒸发岩其实在我们的生活中，非常非常的普遍，这是我们在新疆科考库车盆地，在半山腰就有这种蒸发岩，主要是由石盐和石膏组成的，非常的纯净。它的面积大概有三万多平方公里，两三百米厚，形象点说就是相当于两个北京市这么大，一百层楼那么高。

我们在邻国东南亚老挝和泰国也开展了工作，那边的蒸发岩，将近有五万多平方公里，也有三百多米厚，相当于四个北京市这么大，一百层楼差不多那么高。

也有学者对全球蒸发岩，进行了一个初步的统计，发现在世界上各个地方，差不多都有这种蒸发岩，或大或小，那么尤其特殊的就是在海底，也发现了非常厚的蒸发岩。比如像美国的墨西哥湾，欧洲的地中海，阿拉伯国家的红海，还有就是南美和非洲西部，与大西洋底下也有非常厚的蒸发岩。

具体来说，地中海的蒸发岩有两千多米厚，面积有六十多万平方公里，相当于四十个北京市这么大，一千层楼那么高。红海这块的蒸发岩体量更是巨大，达到了五千米厚。南美洲巴西的东部，还有西非刚果，临近的南大西洋下面的蒸发岩也是，达到三千多米厚，一百多万平方公里，我们北京市才1.6万平方公里，大家可以在脑子里有个形象的对比。在美国的墨西哥湾，蒸发岩有四千多米厚，非常庞大都在海底。

我的工作一直是与蒸发岩打交道的，特别想研究清楚这些岩到底是怎么形成的，尤其是新发现这些海底巨厚的蒸发岩怎么形成的，难道它们也是像盐湖里的蒸发岩一样，被太阳蒸发晒出来的吗？

目前关于这些海底蒸发岩的成因，并没有一个科学的解释。就拿地中海来说，学者研究当今地中海，如果把水全部蒸干以后，只能形成二十六米厚的岩。但是在五百多万年前，短时间内，地中海就沉积形成了两千多米厚的岩，从厚度上来说是当今的一百多倍，体量来说也是有二十多倍。

学者研究认为形成这么厚的岩，当时地中海肯定是干涸了，难道地中海曾经被蒸干过二十多次吗？最近的一些研究发现认为，地中海当时并没有干涸，而且水深还非常深，那么这么多岩是怎么形成的呢？另外还有一个疑问就是，地中海现今的年净蒸发量，是有三十多亿吨的水，但是在五百多万年前，形成那么大的蒸发岩，每年的净蒸发量需要达到一百二十多亿吨的水，相当于现在的四倍差不多，当时的环境有这么极端吗？古生物最新的成果研究，当时地中海与现在的气候是差不多的，地中海的蒸发岩到底是怎么形成的呢？太阳蒸发在地中海蒸发岩形成过程中，扮演了什么样的角色呢？

带着这个巨大的疑问，我就开始思考蒸发岩形成的一个本质。我们传统上来说，蒸发岩形成，需要三个基本条件，一个就是构造，还有一个物源，还有一个气候。构造，大家可以想象，需要一个盆地，物源就是需要一些水体，在这个盆地里面留存着，那么在干旱的气候条件下，它就会逐渐地达到盐类析出，形成蒸发岩。就如我们所见的盐湖，大家可以去青海能看得到。但这只是它的一个基本条件，并不是唯一的条件。

达到蒸发岩形成有个目标，就像我刚才说的，只要水体逐渐咸化，能够达到盐类矿物析出饱和度，自然能够形成盐类矿物结晶出来，实现这个目标还有其他的途径。比如说加入高密度的，高盐度的卤水，像我开头一开始展示的四川自贡井盐，卤水盐度非常高。或者是我不用太阳蒸发，由别的热源来导致，水体逐渐咸化，也是一种方法，一种途径。举个最简单的例子，我们把一锅水放到太阳下面，它可以蒸干，你给它加一个火苗，在家里面它照样可以蒸干。因此我就在怀疑，海底这些巨厚的蒸发岩，是不是有其他新的成因机制，而不需要太阳蒸发，比如说有地热，给它新的一种热源导致它成岩呢？

沿着这样的思路，我们就开始收集相关的证据，首先是地质方面的一个证据，我们就发现这些岩，主要是形成在两种构造环境中，一种就是裂谷环境，还有一种就是俯冲环境，而且这些蒸发岩都是在这种环境形成之后，它们才形成的，或者是和这种环境同时形成的。

我们都知道地球是有地核、地幔，还有最外面是地壳，我们就生活在地壳上，由这三层来组成的。地壳有一些水平和垂直的运动，地壳水平运动的时候，在拉张的环境下就会形成裂谷，比如像东非的大裂谷。还有的地壳碰撞以后，由于密度的差异，一个地壳板块会向另一个下面俯冲，像在南美西部的安第斯山脉就是这种情况。

在这两种构造环境中，会由于地壳地质作用，有很多的岩浆侵入或者火山喷发等，与地热关系是非常密切的，它们有共同的特点，就是地热非常发育。我们也对全球蒸发岩的地质构造环境，进行一个统计，发现了将近80%多的蒸发岩，都是在这两种环境中形成的，因此我们就认为地热与蒸发岩的形成，可能存在一定的联系。

**另外进一步我们就收集了，地球5.4亿年至今，蒸发岩形成的一些数据，还有大火成岩省的数据，大家可以通俗这么理解，大火成岩省就是火山集中喷发的时期，发现它们两个时期时间对应的非常好，非常吻合。**但是反映气候的一些指标，像全球海表温度，还有大气二氧化碳浓度，这些指标与我们的蒸发岩形成的时期并不是完全吻合，有时候甚至呈现一个相反或者矛盾的趋势，因此我们认为，地热对我们蒸发岩的形成，关系可能是比较密切的。

我们还做了一个工作，就是对蒸发岩形成时候的古地理，进行一个重建，发现海底这些蒸发岩形成的时候，与当时火山喷发等等岩浆事件，在空间上时间上吻合的非常好，再次侧面验证了，我们觉得地热是一个主要原因的一种机理。

还有的学者就是做了一些蛇纹石化的一些实验，蛇纹石化在海底下面非常普遍，海底有坚硬的岩石，我们通常称之为洋壳，在洋壳下面有地幔有岩浆活动。岩浆这种地热与洋壳发生反应，蛇纹石化能形成蛇纹石。

学者开展了蛇纹石化模拟实验，在这个过程中就形成了石盐、还有杂卤石、石膏、硬石膏，这些都是蒸发岩的一些矿物。在现实社会中，学者研究也在地中海发现了，这种蛇纹石化的迹象，比如在图中A、E 、G2，这三个粉色点的地方，下面就有十到二十公里，蛇纹石化的痕迹，上面就是蒸发岩。并理论计算了十几万立方公里蛇纹石化，就能形成七百多立方公里石盐，这种蒸发岩的矿物。

另外有学者做了一些就是高温的模拟实验，他修建了一个近五十平米，三米高的一个池子，用海水来做实验，在其中加入了一个能调温的设备，把这个温度调到一百多摄氏度，让它沸腾了十一天的时候就析出了，像我们右图展示的这种蒸发岩的矿物，主要是石膏，石盐，还有硬石膏的一些东西，这些与我们太阳蒸发，是没有太大联系的，这是一个相图的。

还有通过理论模拟，最后得出海底高温形成蒸发岩，有一个基本条件，就是海水两千多米的时候，然后温度有400℃，压力达到30个兆帕，海水就会呈现超临界的一种状态，海水超临界的时候就会析出石盐，而且对析出的石盐不会发生溶解。

最近，我国的学者，大连理工大学唐春安教授，他也提出一个新的假说，叫“地球大龟裂”。他认为，地球是一个冷热波动的，可以自身调节温度的一个星球。比如说它热的时候，就通过岩浆喷发，来释放热量，然后就会冷却，进入下一个热积累的阶段。而且在地质历史上，四十六亿年地球形成至今，确实也发现了好几次冷热波动的现象。他认为地球是一个热演化系统，而且这个系统对我们地表很多事件，会产生重大的影响。比如像我们通常所听到的生物大灭绝，还有大洋红层，雪球事件，整个冰雪覆盖不仅是现在的南极北极，而是到赤道，这些事件等，都会产生很重大的影响。

这是一个新的假说，这个假说给了我很大的启发。

基于上述一些研究收集的证据，还有我们对地球作为一个热演化系统初步的认识，我们跟唐老师共同合作，对海底巨厚的蒸发岩，提出了一种新的成因机制，我们认为，它主要是由地热来驱动的。这项工作从2019年开始着手，历时有四年多，我们写成的文章成果投稿被拒了有十多次，有一些直接没给我们任何评审的机会，有一些认为我们的证据收集的不够充分，让我们再补充数据，还有一些认为我们需要更详细的理论计算，但是对我们思想上的一些闪光点，一点不在乎。我们修改的版本有四五十个，从最初的一万多字，删减到最后只剩下一千多字，在这个修改的过程中，大家会争论得非常激烈面红耳赤的。修改完以后，有时候感觉非常的失落，甚至有放弃的那种念头，但是我们平静一段时间以后，又会认真地思考我们这个假说，我们这个理论是否成立。我们会经过一轮又一轮的讨论，认为我们这个思想，它值得而且应该传播出去。

直到2023年六月份，我们的文章终于被接收，就是由我们中国青年科学家，也就是中国科学院青年创新促进会，他们创办的期刊《The Innovation Geoscience》，论文发表以后，引起了我们同行的热议，他们认为我们，提出了一种蒸发岩形成的新机制，这给了我们很大的鼓舞。而且我们也非常感谢这个期刊，对我们提出质疑的科研精神的包容态度，让我们能够坚持科研的本心，继续认真地做科研。

当然我们这个假说和理论也有很多不足之处，比如说数据收集方面，还有一些算法方面，尤其是地质学我们讲究有现实的地质证据，来证明我们这个理论，这些方面我们正在通过大数据，还有联系国内外的一些学者，共同在开展这方面的工作。

通过以上的一些工作，给了我比较大的一个触动，第一点我感觉科研工作，是一个非常细致的工作，但是它更需要质疑的态度，这也是科研科学精神的一个本质。我们日常生活中，所习以为常，见怪不怪的一些认识，可能也只是在现有认知，或者是现有科学发展水平条件下，所呈现出来的一种状态，我们需要去打破常规，我们不能完全跟风，这会让我们迷失。

第二点我们生活在这个地球上，我们对我们生活的这个地球，还了解的非常非常少，尤其是地球内部这种地热。地球作为一个热演化系统，地热运动的规律，以及它对我们地表产生的影响等等，我们了解的还非常的浅薄。

比如时下最热门的全球变暖事件来说，本身是一个气候方面，气候领域的一个科学问题，大家很多都会关注二氧化碳，对全球变暖带来的影响，甚至认为是人类产生了很大的作用，产生了很大的影响。

就拿南极冰盖来说，学者认为南极冰雪融化，主要是二氧化碳造成了一些影响，但是最新的研究，最新的科研调查发现，在南极的西部有很多冰盖下面，有很多火山和岩浆事件，有很多热的异常，这个是与二氧化碳没有关系的，它造成的南极冰盖融化影响，是不可估量的，而且以前是被忽视的。

因此我个人的观点，在我们关注与我们生活息息相关的全球变暖，极端气候等这些事件的时候，我们在考虑，在研究二氧化碳的基础上，我们不能忽视地球本身的作用。地球本身作为一个热演化系统，自己发热，自己调节温度，以及它对地表产生的一个影响。只有将地球本身作为一个内因，二氧化碳等外因，两者结合起来，去研究我们的地球，才可以更加客观地把这个自然规律给揭示出来。