历史地质/盐巨头
盐巨头是巨大的可溶性矿物沉积物。我们所说的“巨大”是指什么呢？举个例子，卢安盐覆盖了 800,000 平方公里，深度为 4 公里，相当于大约 7 千万亿吨盐。即使是像密歇根盆地中发现的这样的小型盐巨头，也覆盖了 100,000 平方公里，深度为 250-350 米。
在这篇文章中，我们将回顾关于盐巨头形成的已知信息和合理的推测。
虽然 沉淀 海水中盐类可以从一个普通的桶中观察到，但盐巨头的形成却无法在任何地方观察到。这并不奇怪：地质记录表明，盐巨头的形成只发生在某些时间和某些地方，而我们恰好生活在没有盐巨头形成的时期，这并不意外。
虽然这并不意外，但它确实令人讨厌。我们对 沉积岩 的理解在其他情况下因我们能够在当下看到沉积物正在沉积这一事实而得到极大增强。在盐巨头的情况下，我们缺乏这些信息，只能尽力而为。
海水含有各种溶解的离子，例如（按质量从高到低排列）Cl-、Na+、SO42-、Mg2+、Ca2+、K+、HCO3- 和 Br-；这 8 种 离子 占海水溶解离子的 99% 以上，其他离子对于本文的目的可以忽略。
当海水蒸发时，这些离子会以 矿物 的形式沉淀出来，例如 岩盐 (NaCl) 和 石膏 (CaSO4·2H2O)。1 升海水的蒸发将产生大约 35 克的 蒸发岩。
对于 沉淀 所需的蒸发程度因 矿物 而异：因此 石膏 将在海水减少到其原始体积的 30% 左右时开始沉淀出来，但需要减少到其原始体积的 10% 才能沉淀出 岩盐。
相关事实总结在下表中。第一列指定矿物，第二列给出其占所有沉淀矿物百分比，整个表格大致按各种矿物沉淀出来的难易程度排序，从最容易沉淀出来的矿物到最易溶解的矿物。只出现微量痕迹的矿物已省略。
| 矿物 | 百分比 |
|---|---|
| CaCO3 (方解石) | 0.3% |
| CaSO4·2H2O (石膏) | 3.6% |
| NaCl (岩盐) | 78.1% |
| MgSO4 | 6.6% |
| MgCl2 | 8.5% |
| NaBr | 1.5% |
| KCl | 1.3% |
这里给出的数字是基于尤西利奥的开创性工作，仍然被认为是相当准确的：更多信息可以在 这里找到。
所有这一切的结果是，随着海水的蒸发，少量的 方解石 将首先沉淀出来。随着蒸发的继续，石膏 将沉淀出来：由于 石膏 比 方解石 多得多，并且由于大部分方解石已经沉淀出来，这意味着 石膏 将淹没正在沉淀的 方解石，因此生成的岩石将几乎完全是 石膏。类似地，当 岩盐 开始沉淀时，沉淀的 岩盐 将比 石膏 或 方解石 多，结果将基本上是 岩盐。真正浓缩的盐水，被还原到其原始体积的百分之几，将沉淀出其他盐类，但 岩盐 的丰度更大将确保它占主导地位。
我们还应该注意到， 石膏 (CaSO4·2H2O) 的进一步脱水将去除与硫酸钙相关的水分，将其转化为 硬石膏 (CaSO4)。
盐巨头总是被一层更传统的沉积物覆盖，否则它们早就被雨水冲走（如果是在陆地上）或溶解在海里（如果是在水下）。这一观察结果让我们产生了一个最初令人困惑的问题：它们究竟是如何形成的呢？海洋溶解可溶性矿物，而且距离它们必须开始沉淀出来的饱和点还很远。那么，这些盐巨头如何在海洋盆地中形成呢？
你最初的想法可能是它们是海的一部分与大海的主体隔绝并简单地干涸的结果。然而，盐巨头中的盐分太多，单凭这样的事件无法解释，因为一公里深的海水干涸只会导致沉积 14 米的盐。我们需要的是一个模型，在这个模型中，盆地持续或定期地补充新的盐水。
我们将描述四种这样的模型。请注意，虽然它们不能同时应用于同一个盐水巨星，但它们完全有可能应用于不同的盐水巨星，或者，可以想象，在不同的时间应用于同一个盐水巨星。从这个意义上说，所有描述的模型都有可能是正确的。
- 模型 1：带有一个小缝隙的屏障。
我们的第一个模型是这样的：假设我们有一个沉积盆地，它只通过一个非常狭窄的通道与海洋相连。将此与干旱气候和盆地内河流、溪流或雨水补充的淡水量很少相结合。只要蒸发速度大于淡水的输入量，盆地内海面始终必须与盆地外海面保持同一水平的物理必要性确保盐水将始终流入盆地；并且由于水将不断地从盆地中蒸发，留下溶解的矿物质，这将增加盆地中水的盐度，直到达到饱和点并发生沉淀。
今天可以观察到类似的情况：这是埃德蒙·哈雷（以哈雷彗星闻名）首先计算出来的，地中海因蒸发而流失的水量超过了淡水的输入量；他意识到，这解释了为什么总有一股洋流通过直布罗陀海峡流入地中海。
我们可以注意到，地中海的确比大西洋略咸。然而，今天在地中海底部并没有形成盐水巨星。原因是（据计算），为了使这种提议的机制起作用，通道的横截面积必须比沉积盆地中水的表面积小几个数量级；否则，水的混合趋势将阻止盆地中的水变得足够饱和以至于发生沉淀。今天的直布罗陀海峡 simply not narrow enough for the formation of saline giants.
现在，一个恰到好处的通道是不稳定的：我们可能会期望它在很短的时间内被堵塞，或者，或者，被拓宽，这两种情况都会破坏提议的机制。地中海下盐水巨星的沉积花了 300,000 年——按地质学家的标准，这是眨眼之间的事，但对于这样狭窄的通道来说，保持恰到好处的宽度却是一段很长的时间。因此，尽管我们必须将这种提议的机制视为理论上可行的，但我们应该需要非常确凿的证据才能在任何特定情况下支持它。
- 模型 2：高潮时被淹没的屏障。
另一个提议是，在海的主体和沉积盆地之间有一个屏障（一个“门槛”），使得水只有在高潮时才能越过它。同样，这是可能的，但与之前描述的机制一样，它需要恰到好处，并且需要保持数百数千年的时间。这是可能的，但不太可能。这种模型的另一个问题是：高潮时的水流入量需要正好抵消蒸发流失的水量。如果水流入量小于水流失量，那么盆地中的水就会减少到一个间歇性的水坑，这并不能解释盆地范围内的沉积；如果水流入量大于水流失量，那么最终盆地将被填满，直到在高潮时，它与海的主体处于同一水平，允许混合发生。很难想象什么影响能使这种情况保持平衡，以至于盆地总是相当满但从不完全被填满。
- 模型 3：被海平面上升淹没的屏障。
第三个类似的模型同样需要一个完全封闭沉积盆地的屏障，它会周期性地被淹没，不是由于潮汐，而是由于地球气候变化导致的全球海平面上升。这种模型将预测，蒸发岩层应该与在盆地充满水期间沉积的更传统的海洋沉积层交替出现。似乎这就是我们在地中海沉积物中看到的情况（有关更多信息，请参阅 这里），但绝不是所有此类蒸发岩都如此。
这需要比上一个模型不太精确的一组情况，因为气候变化引起的全球海平面波动可能比潮汐引起的局部波动幅度更大。
这个模型可以与第一个或第二个模型结合：海平面的变化可能会交替地允许和阻止模型一或二中描述的机制：同样，我们应该期望看到蒸发岩与更传统的沉积物交替出现。
- 模型 4：可渗透屏障。
第四个模型如下：盆地与海的主体完全隔绝，但通过多孔沉积物或沉积岩，海水可以渗透屏障。与我们其他模型一样，我们要求通过蒸发产生的淡水输出量应大于输入量：然而，在这种情况下，与“狭窄通道模型”不同的是，盆地中的水在蒸发时可以自由下降到海平面以下：这会在屏障的两侧产生压差，并确保水只朝一个方向流动，从海的主体流入盆地。在现代世界中，最接近这个模型的类似物是泻湖中盐的沉积。
你会注意到，这个模型不需要任何东西恰到好处：屏障的高度或宽度都没有关键性：只要屏障高于海平面，描述的系统就会起作用。
这种模型不受我们对第二模型提出的平衡问题的困扰。因为盆地中的水位因蒸发而下降得越低，屏障两侧的压差就越大，水流入量就越大；反之，盆地中的水位越高，渗透屏障的水量就越少。因此，我们很可能会期望这种系统处于平衡状态，盆地既不会完全干涸，也不会充满到溢出屏障的地步。
盐水巨星：我们知道什么，我们是如何知道的？
[edit | edit source]上面描述的所有模型都需要两件事：沉积盐水巨星的盆地应该几乎或完全与海的主体隔绝；并且气候应该使得更多淡水通过蒸发流失，而不是通过河流和雨水补充。我们可以测试这些条件是否到位，并表明这些是盐水巨星形成的条件。例如，地中海在今天几乎与海洋隔绝，假设 590 万年前它更加孤立，这并不费吹灰之力。再举一个例子，如果今天在墨西哥湾看到蒸发岩形成，那将是奇怪的；但在它们形成时，当时条件恰到好处，当时它几乎或完全被现在的西非挡住了与海的主体隔绝。再举一个例子，德克萨斯州和新墨西哥州的卡斯蒂尔地层在形成期间被一个礁石复合体包围。来自古气候学的独立证据也证实，在每种情况下，气候条件都适合蒸发岩的形成。
因此，尽管在许多情况下，关于我们描述的哪种模型最能解释特定盐水巨星的存在存在争议（这种争议可能在某些情况下永远无法完全解决），但这实际上是关于细节的争论：地质学家对此达成一致，并且可以确认，需要的是一个几乎或完全与海的主体隔绝的盆地，再加上一个干旱气候。
这解释了为什么这种沉积物在地质记录中如此罕见。这组情况没有特别的理由应该很常见：它们是偶然发生的，而不是任何地质必然性。