虽然地球上几乎所有的人都生活在陆地上,但我们71%的表面被水覆盖。其中,几乎所有的水都存在于海洋中,只有2.5%的水以淡水的形式而非咸水的形式存在。地球上的大部分淡水存在于冰川、冰盖、永久冻土以及地表下的水和冰中。其余的大部分,如你所料,都在我们土地上的大型液体水库中:地球上的湖泊。
一般来说,淡水湖只占地球总水量的0.007%,但却占地球表面液态淡水的绝大部分。地球上大多数湖泊都比较年轻,不到18000年,形成于上一个冰河时代末期。世界上只有20个古老的湖泊:超过100万年。但是贝加尔湖不仅是地球上最古老的湖,也是最大的湖,有2500-3000万年的历史。这就是背后迷人的科学。
地球上大部分的水都是盐碱化的,而我们的大部分淡水要么被冻结,要么被埋在地下。但淡水和自由地表水主要存在于湖泊中,一个湖泊占淡水地表水的20%以上。
地球上的湖泊是液体和地表淡水的主要储存场所,但大多数是冰川退缩形成的。地球上的大部分淡水是冰冻的,以冰川和冰盖的形式存在。在冰河时期,这种情况变得更加严重:极地冰盖变得越来越大,延伸到它们现在所在的赤道纬度。
当冰河时代结束时,
大部分冰水会融化
导致冰川打开道路并造成侵蚀,
随着冰川融化导致湖泊的形成,
随后的排水模式导致了更多湖泊的形成。
例如,北美最引人注目的淡水湖,整个五大湖,都是圣劳伦斯河排水的结果。
地球经历冰期的频率相对较高,间冰期在时间尺度上把它们分开,每10万年略多于一次。目前,地球表面发现的湖泊几乎都是在最近的冰川/间冰期过渡时期形成的。如果一个湖泊是由这些过程形成的,它可能不会持续很久。时间长了,大部分湖泊最终会被流入的河流沉积下来的沉积物填满。
但也有一些明显的例外。不是每个湖泊都有河流或溪流流入,也不是每个湖泊都是由冰川/间冰期循环和过渡形成的。世界各地发现的一些湖泊已经有几千年的历史,最大深度只有几百米。相反,它们非常古老,深度非常深:它们有几百万年的历史,深度超过1600米。
地球上发现的古湖泊不多,但都有一个共同点:都位于板块构造的活动裂谷带。只要地壳的两个板块相互分离——例如,在一个发散的板块边界——裂缝就会开始形成。随着时间的推移,侵蚀的力量会加深裂谷,形成一个巨大的深坑。
起初,它是两条陡峭的、几乎平行的裂缝,最后变宽了,裂缝壁上充满了沉积物,或者,如果条件合适,充满了淡水。在地球上发现的所有超过100万年的古湖泊中,75%是由这个过程形成的,只有少数例外是由流星撞击和火山形成的。
从美国宇航局的OrbView-2卫星上看到的贝加尔湖。贝加尔湖是世界第七大湖,但它的淡水比任何其他湖泊都多。
从上面看,俄罗斯的贝加尔湖看起来令人印象深刻,但并不壮观。它位于西伯利亚南部,面积不到密歇根湖的一半,世界排名第七,面积超过3.1万平方公里。
但是贝加尔湖两岸地区极高,很多地方海拔超过2000米。它位于发散板块的边界上。随着时间的推移,湖泊明显分散,宽79公里,有三个独立的盆地。
最深的是中央盆地,深1642米,是世界上最深的湖泊。
比较贝加尔湖和五大湖系统的水量。
贝加尔湖有多少水?
如果你把世界上所有的淡水和地表水加起来,你会得到足够的水来填满一个每边大约35公里的立方体。这包括所有的湖泊、河流、小溪、沼泽、沼泽、生物,甚至地球大气中的水。
贝加尔湖拥有世界上最多的淡水,占总淡水的22%:超过2.3万立方公里。它的含水量是苏必利尔湖的两倍,密歇根湖的五倍,超过北美五大湖的总和。
贝加尔湖周围的地形。虽然流入的河流有300多条,周围的山脉海拔都在2000米以上,但湖泊本身的深度远远低于海平面。这是地球上最深的大陆裂谷。
贝加尔湖有多独特?
湖底比海平面低整整一公里,但形成湖的裂谷更深。根据美国阿拉斯加大学费尔班克斯分校的研究,随着时间的推移,仍有约7000米深的沉积物落入裂谷,将裂谷底部置于地表以下8- 11公里处,令人难以置信。这使得贝加尔湖所在的地质裂谷成为地球上最深的大陆裂谷。
尽管这些事实令人印象深刻,但从地质学的角度来看,它们也很重要:这个大陆裂谷既年轻又活跃。裂谷每年扩张约2.0厘米。有300多条河流流入贝加尔湖,但只有一条——安加拉河——流入贝加尔湖。
贝加尔湖特别清澈的水揭示了靠近海岸的一大片浅水区,但这是骗人的。贝加尔湖是世界上最深的湖,是地球上最深的大陆裂谷,湖底约有7公里的沉积物。
贝加尔湖有多原始?
在地质历史上,地球上的其他大型高海拔湖泊在以前的冰川期都被冰盖覆盖。当冰河时代结束时,这些大陆冰盖覆盖了它们,冲走了湖泊。
但贝加尔湖不是。这些湖泊的独特之处在于,它们的沉积物没有被冰盖覆盖的迹象。相反,深度钻探的岩芯沉积物显示了近700万年的近代史中气候是如何变化的。在贝加尔湖发现了被称为天然气水合物的不寻常的结晶固体,这使得贝加尔湖成为世界上唯一一个拥有这些结晶固体的封闭淡水湖。
暴露在湖泊沉积物中的甲烷水合物的照片,以及机器人手臂上的甲烷水合物碎片。图中所示位置位于贝加尔湖中心区域,靠近圣彼得堡泥火山,深度1350米。
贝加尔湖存在多久了?
仅根据贝加尔湖的地质条件,但得到水和沉积物研究的支持,贝加尔湖的年龄估计在2500万至3000万年之间。地球上很少有能存在1000万年以上的湖泊,古贝加尔湖的证据更是铺天盖地。
其他非常古老的湖泊包括埃塞克湖和马拉开波湖,它们是咸水湖而不是淡水湖,它们的年龄也不确定。哈萨克斯坦的扎伊山湖是唯一可能更古老的湖泊。大量证据表明,它的历史可以追溯到6500多万年前的白垩纪晚期。然而,它的确切年龄仍有争议。贝加尔湖是最古老的湖,它的年龄是不确定的。
贝加尔海豹是俄罗斯西伯利亚贝加尔湖特有的2000多种已知动物之一。它们是地球上仅在淡水湖中发现的三种海豹之一。
贝加尔湖不仅是世界上最大、最深和最古老的湖泊,而且还包含了大约2000种地球上其他地方没有的独特已知物种。虽然贝加尔湖被联合国教科文组织列为世界遗产,但在过去的50年里,它的平均表面温度增加了1.5摄氏度。随着贝加尔湖的化学污染,这个独特的生态系统已经保持了数百万年的原始状态,现在正在以前所未有的速度变化。
然而,也许贝加尔湖最引人注目的是,它为我们提供了一个关于地球如何随时间演变的视角。在这里起作用的地质过程与导致古盘古超大陆分裂和地球海洋形成的过程相同。也许,几亿年后,贝加尔湖现在所在的裂谷将成为一个与海洋相连的咸水体。在许多方面,它是地球上最大的湖。