死海不仅是地球上最咸的水体，更是一个巨大的地下盐沉积形成的天然实验室。研究人员正在揭示蒸发、温度变化以及独特的混合模式如何导致“盐雪”等现象，这种现象在夏季和冬季均会出现。这些过程重现了数百万年前地中海发生的情况，留下了至今仍埋藏地下的厚盐层。
死海最引人入胜的特征之一正不断被揭示：盐巨人，即大规模的盐沉积物。
“地壳中的这些巨大沉积物在水平方向上可达许多、许多公里，在垂直方向上厚度可超过一公里，”加州大学圣塔芭芭拉分校机械工程教授Eckart Meiburg说道，他是发表在《流体力学年鉴》上的一篇论文的主要作者。“它们是如何生成的？死海确实是当今世界上唯一可以研究这些事物机制的地方。”
事实上，虽然世界上还有其他拥有大规模盐构造的水体，例如地中海和红海，但只有在死海才能观察到它们的形成过程，这使得研究人员能够探究其演化背后的物理过程，特别是其厚度的时空变化。
蒸发、沉淀与饱和
在他们的论文中，Meiburg和合著者、以色列地质调查局的Nadav Lensky阐述了目前支配死海的流体动力学及相关沉积物输运过程。这些过程受到多种因素的影响，包括死海作为终端盐湖（一种没有出水口的湖泊）的地位，这使得蒸发成为湖水离开湖泊的主要方式，数千年来湖泊一直在萎缩，并在此过程中留下盐沉积物。最近，注入该湖的约旦河被截流，加速了湖面水位的下降，估计每年约下降1米（3英尺）。
水柱沿线的温度也在盐巨人及其他构造（如盐穹和盐烟囱）背后的动力学中发挥作用。死海曾经是一个“局部混合”（稳定分层）湖泊——其分层结构使得全年表面密度较小、温度较高的水覆盖在深处盐度更高、温度较低的水层之上。
“过去的情况是，即使在冬天冷却时，顶层水的密度仍然小于底层水，”Meiburg解释道。“因此，盐分出现了分层。”
由于约旦河的部分改道，这种情况在20世纪80年代初发生了改变，导致蒸发速度超过了淡水流入速度。当时，表层盐度达到了深层的水平，使得两层水之间能够混合，湖泊也从局部混合型转变为全混合型（一种水柱经历年度翻转的湖泊）。死海继续分层，但仅限于一年中较温暖的八个月。
2019年，Meiburg等人发现了夏季发生在该湖中一个相当独特的过程：石盐晶体沉淀或“降雪”，这通常在较凉爽的季节更为典型。当盐浓度超过水所能溶解的量时，石盐（“岩盐”）就会沉淀，因此，底层更深、更冷、密度更大的环境是最可能发生这种情况的地方，且通常发生在较凉爽的月份。然而，他们观察到，在夏季，虽然蒸发增加了上层的盐度，但由于温度较高，盐分仍继续在该层溶解。这导致两层之间的界面处出现一种称为“双扩散”的状况，即上层盐度更高、温度较高的水体部分冷却并下沉，而下层较冷、密度相对较小的水体部分升温并上升。随着上层密度较大的水体冷却，盐分析出，产生“盐雪”效应。
作者断言，蒸发、温度波动和整个水柱的密度变化，加上内部水流和表面波等其他因素，共同造就了各种形状和大小的盐沉积物。与沉淀和沉积发生在旱季的较浅高盐水体不同，在死海，这些过程在冬季最为强烈。这种深处的全年“降雪”季节解释了盐巨人的出现，这些盐巨人也发现于其他盐水体中，如地中海，该海域曾在约596万至533万年前的墨西拿盐度危机期间干涸。
“过去总有来自北大西洋的水流通过直布罗陀海峡流入地中海，”Meiburg说。“但当构造运动封闭了直布罗陀海峡时，就没有来自北大西洋的水流入了。”他解释说，由于蒸发，海平面下降了3-5公里（2-3英里），造成了目前死海中发现的相同条件，并留下了这种最厚的盐壳，至今仍可发现埋藏在地中海深部区域之下。“但几百万年后，直布罗陀海峡再次打开，来自北大西洋的水流入，地中海再次被填满。”
研究人员称，与此同时，盐度通量和海底泉的存在促成了其他有趣盐结构的形成，如盐穹和盐烟囱。
作者指出，除了对蒸发中的高盐湖泊可能发生的一些特有过程获得基本了解外，对新生海滩上发生的相关沉积物输运过程的研究，也可能为海平面变化下干旱海岸线的稳定性和侵蚀问题，以及资源开采的潜力提供见解。