地球是一个奇迹
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到本世纪末的时候，美国东北部的许多“淡水”资源将因为太咸，不再适宜人类饮用。

2015年6月，美国马里兰大学的地质学教授苏贾伊·考沙尔（Sujay Kaushal）刚刚接受了华盛顿邮报（Washington Post）记者的采访。
采访结束后几小时，他的邻居跑来问了一个和记者相同的问题：“你有没有注意到，我们附近的水变成了棕色。”
 在大约两三个月前，美国马里兰州蒙哥马利县的老城区一些水管中陆续不再流出清水，而是棕黄色的水。而在一两周前，这种情况也蔓延到了考沙尔家附近。
考沙尔不仅注意到了，也很清楚这里水流变色的原因：“地下水中的盐含量太高了，因此侵蚀了这些地区的老旧铸铁管道，导致管道上的锰和铜进入水中，污染水源。”
 “就像吃了过多盐之后，医生会提醒你小心高血压，”考沙尔表示，“而如今地球的盐循环也是这样，如果你把地球看成一整个活的有机体，那么当积累了如此多的盐时，也可能影响重要器官或者说生态系统的功能。”
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地球的综合征
在提到盐的时候，我们总会率先想到做饭时放的那些洁白的晶体颗粒——它们的主要成分就是氯化钠（NaCl）。
但从化学角度来说，盐指的就是由阳离子和阴离子组成的离子化合物，它可以由钙、镁等各类金属阳离子，与酸根离子组成。
但它们进入水中之后的过程都是类似的：形成离子，提高水的盐度和电导率，从而导致一系列的环境问题。
在人类历史的大部分时间里，盐都是一种珍贵的商品。如今，各种各样的盐已经广泛应用在我们的生活中，从建筑材料、融雪剂，到家用的洗涤剂和清洁剂，这给我们带来了极大便利。
但问题在于，这些盐开始出现在不应出现的地方，并且含量正在逐年升高。 
2005年，考沙尔和合作者在《美国科学院院刊》（PNAS）发表了一篇讨论融雪剂（主要成分是氯化钠、氯化钙等多种氯化物）的使用对淡水影响的研究。
监测数据清晰地显示，从20世纪60年代以来，美国东北部溪流中氯离子的浓度逐步上升，甚至已经增加了一个数量级。
而在最严重的地区，冬季溪流中的氯离子浓度还会进一步上升。一些本该是淡水的溪流中，氯离子浓度最高超过了每升4600毫克，已经约等于海水中氯离子浓度的四分之一。
研究估计，如果这种趋势继续发展下去，到本世纪末期的时候，美国东北部许多地表水的盐度将至少为每升250毫克——这已经逼近了饮用水的最低标准，并且会使许多淡水物种发生慢性中毒。
换句话说，到本世纪末的时候，美国东北部的许多“淡水”资源将因为太咸，不再适宜人类饮用。 
1940年至2004年美国道路融雪剂消费量，纵轴单位：百万吨。｜Robert B. Jackson & Esteban G.. Jobbágy, 2005
从这项研究开始，考沙尔在之后的研究生涯中看到了更多地区地表水的盐度变化，以及这些变化造成的严重后果。
2023年，他和同事在《自然·地球环境综述》（Nature Reviews Earth & Environment）发表的一篇论文中总结了“淡水盐化综合征”（Freshwater salinization syndrome）的“病因”与“症状”。
“我们现在证明，地球的盐循环是一个从地球深处到大气层的循环，正受到人类活动的显著干扰。”该研究的共同作者、美国康涅狄格大学的生态学家吉恩·利肯斯（Gene Likens）说。 
盐循环加速
在自然条件下，地球上天然存在着盐的流动和循环。大量的盐以矿物的形式存在于地球的岩石中，在漫长的时间里，当这些岩石暴露在地表，发生风化侵蚀，盐会被慢慢释放出来。
这些盐会伴随着水流，经过生物体、地下水、土壤和海洋，最终重新形成岩石，埋入地下。
就像碳循环一样，这样的盐循环速度很慢（往往以百万年为单位），保持了地表相对稳定的盐分浓度。然而随着人类活动的干预，大量的盐被留在了地表。 
地球盐循环示意图｜原论文
我们经常会统计一个人一生中需要消耗的食物、消耗的能源和排放的碳，却不会在意我们使用的盐：根据美国地质调查局的统计，按照目前的消费水平，美国一个人从出生到死亡，一生中会消耗13.6吨的盐。除了日常摄入，更多盐的使用隐藏在我们不太会注意到的地方。
在美国，最大的盐类消耗就是道路融雪剂。从2013年-2017年，每年美国要在道路上抛洒约2150万吨盐，超过了美国总耗盐量的40%。
盐可以降低冰的熔点，从而使地面的积雪加速融化。然而这些融雪剂也会被雪水带走，流入城市的管道，并最终进入自然水体中。
在进入河流的所有可溶性固体中，每年使用的道路融雪剂的占比就可以达到接近14%。
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其他盐类使用场景还包括工业生产、农业生产和我们日常使用的许多化学制品。除此之外，大量道路等隔水表面破裂后，其中的碳酸钙等成分就会被雨水溶出，从而释放大量钙离子进入下层土壤。 
盐分增加，污染增加
一旦过量的盐进入自然环境，首当其冲的就是生活在淡水中的淡水生物，以及依靠这些淡水维生的动物——包括我们自己。
我们最常听说的一种情况就是土壤的盐碱化，统计显示，大约10亿公顷的土壤受到了人为盐碱化的影响，这主要与灌溉用水、施肥和石灰使用有关。
根据估计，到21世纪末，全球超过50%的农田可能会受到盐碱化的影响。
但更让研究者担心的是，盐离子溶于水后，可以“调动”许多污染物进入水中，最终形成一种混合的污染物——研究团队称之为“污染物鸡尾酒”。
文章开头变成棕色的水就是一个典型的例子。
盐类物质通常也被称为“电解质”，它们溶于水后，会提升水的导电性，从而增加水的腐蚀能力。
尤其在一些管道老旧的地区，过咸的水会侵蚀管道，从而使锰和铜等金属进入用水线路。
而当这些盐度过高的水进入自然环境，其中带有正电荷的钠离子就会破坏吸附了许多污染物的黏土、有机物和土壤颗粒的结构，从而释放其中的污染物。
一些盐还会以意想不到的方式直接威胁我们的呼吸道健康——通过空气。2018年，美国密歇根大学的研究者发现，冬季使用的道路融雪剂很可能会雾化进入大气中：在年平均降水量超过25厘米的地区，冬季空气中氯和钠的PM2.5浓度是夏季的3倍，并且与降雪量呈正相关。
同样的情况也会发生在干涸的湖床上，沉积在湖底的盐结晶颗粒，携带着砷、镉等重金属，极易随风化作微小的空气污染颗粒物，并在大气中传播极远的距离。
而当一场雨落下，这些空气中的可溶性盐又会随着雨水落回地面，有的渗入土壤，有的随着管道进入城市排水系统，有的汇入河流继续流向下一个地方——一场新的盐循环又开始了。 
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权衡
或许正是因为盐如此充斥在我们的生活中，才使得相关的控制措施如此困难。
仅以道路融雪剂为例，随着气候变化导致越来越多的极端降雪事件，融雪剂在公共安全中发挥着重要的作用。
“如果停止使用融雪剂，居民就要面临受伤的短期风险，这也很严重，”考沙尔说道，“重要的是，要权衡好短期公共安全风险和长期的污染风险。”
一种可能的措施是铺设专用管道，并在污水处理厂专门处理水中的盐分，然而这会带来很高的成本和能源消耗。
另外，在美国华盛顿等几个城市，道路管理部门正在尝试使用加入甜菜汁的融雪剂，这种融雪剂也可以达到相似的效果，但含盐量明显减少。
还有一些困难来自我们对盐循环的认知，“盐在美国不被视为主要的饮用水污染物，因此很难对其监管，”考沙尔说，“但如果你问我，盐在环境中的含量是否正在上升至有害水平？我的答案是：是的。” 
参考链接：
https://www.nature.com/articles/s43017-023-00485-y
https://cmns.umd.edu/news-events/news/humans-are-disrupting-natural-salt-cycle-global-scale-new-study-shows
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1352231018300141
https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.0506414102
https://www.washingtonpost.com/local/montgomery-residents-complain-about-brown-tap-water/2015/06/17/d7910098-146c-11e5-9518-f9e0a8959f32_story.html

本文来自微信公众号“环球科学”（id：huanqiukexue），如需转载请联系 [email protected]
本文仅代表作者观点，不代表国家地理中文网立场
撰文：二七
编辑：框舅
版式设计：海螺
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