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水与火之歌——间歇泉

2019-05-14 07:38:07
来源：中科院地质地球所
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最近权游第八季开播，凛冬终于来临，人类与异鬼决战的主战场终于拉开帷幕。这是铁王座落定前，冰与火的较量。

而地底深处的岩浆翻涌，地表喷出簇净的清泉，这是在这个神奇的蓝色星球中，神秘而壮阔的水与火的共舞——间歇泉。

间歇泉（Geyser）是以间歇性热液和蒸汽喷发为特征的泉水。

间歇泉是一种相当罕见的现象，它只在地球上少数几个存在特殊水文地质条件的地方形成。

一般来说，所有的间歇泉都位于活火山区附近，地表水与热岩石接触的平均深度约为2000米。加压水的沸腾导致热液和蒸汽从间歇泉表面喷口喷涌而出，即为间歇泉效应。

Strokkur 间歇泉, 冰岛

美国内华达州Fly Geyser

间歇泉的形成

间歇泉是一种非永久性的地质特征，通常在火山地区存在。当水沸腾时，产生的压力迫使过热的蒸汽和水柱通过间歇泉的内部管道到达地表。间歇泉的形成需要火山地带常见的三种地质条件结合：接近地球表面岩浆提供的热量；由裂缝、缝隙、气孔空间以及孔穴组成的通道以及水被加热时的储库。间歇泉常常沿着断裂发育。

活动间歇泉的剖面

间歇泉的喷发原理

间歇泉活动是由地表水逐渐渗入地下，直到与岩浆加热的岩石相遇而引起的。然后，加热后的水通过岩石的气孔及裂隙对流上升回地表。间歇泉通道的表面有一个小的通风孔，通风孔与一个或多个狭窄的通向地下蓄水层和压密的岩石的通道相连。

Strokkur 间歇泉喷发过程——蒸汽从热水中上升

当间歇泉充满时，水柱顶部的水冷却下来，但由于通道狭窄，阻碍了水的对流冷却，上面较冷的水压着下面较热的水，就像高压锅的盖子一样，使得水库中的水变得过热，并在远高于标准压力沸点的温度下保持液态。

Strokkur间歇泉喷发过程——水脉冲向上膨胀

最终，间歇泉底部附近的温度上升到沸点，迫使蒸汽上升到柱顶。当它们冲破间歇泉的通风口时，一些水溢出或喷溅出来，减轻了水柱的重量，降低了下面水的压力。随着压力的释放，过热的水迅速变成蒸汽，在整个通道内剧烈沸腾。膨胀的蒸汽和热水产生的泡沫会从间歇泉口喷涌而出。

Strokkur 间歇泉喷发过程——表面破裂

硅华是间歇泉喷发的一个关键条件。

硅华——主要是二氧化硅(SiO2)，从岩石中溶解并沉积在间歇泉管道系统的壁上和表面。这些沉积物逐步堵塞将水带到地表的通道，使压力能够一直被带到顶部而不泄漏。当间歇泉中剩余的水冷却到沸点以下，喷发结束。加热的地下水开始渗入水库，整个循环又开始了。

Strokkur 间歇泉喷发过程——喷涌与回落

不同的间歇泉，喷发的持续时间和连续喷发之间的时间差别很大，冰岛的斯特鲁克火山(Stokkur)每隔几分钟喷发几秒钟，而美国的大间歇泉(Grand Geyser)每8-12小时喷发10分钟。

Grand Geyser喷泉型间歇泉

间歇泉的分类

间歇泉有两种类型:喷泉型间歇泉和锥型间歇泉。

前者从水池中喷出，通常是一系列剧烈甚至猛烈的喷发，后者是由硅质泉华(包括硅华)的锥状体或丘状体中喷发而出，通常以稳定的喷流形式喷发，持续时间从几秒钟到几分钟不等。

黄石国家公园最著名的间歇泉之一——Old Faithful是锥型间歇泉。而地球上最高的可预测间歇泉——Grand Geyser是喷泉型间歇泉。

Old Faithful锥状间歇泉

间歇泉与生物

部分间歇泉具有特殊的颜色，这是因为尽管条件恶劣，但生命经常以嗜热原核生物的形式存在于其中。观察证明，生命实际上有可能在高温下存在，一些细菌甚至喜欢高于水沸点的温度。已知有几十种这样的细菌。嗜热微生物喜欢温度从50-70°C，超嗜热菌成长最佳温度高达80-110°C。

黄石公园Grand Prismatic Spring的明亮颜色

间歇泉的分布

间歇泉非常罕见，需要水、热和适合的通道系统的结合。这种组合在地球上很少见。美国黄石国家公园是最大的间歇泉地区，有数千个温泉，大约有300到500个间歇泉。它的九个间歇泉盆地拥有着世界上一半的间歇泉。俄罗斯、智利、新西兰和冰岛等地也分布着许多间歇泉。

世界上主要的间歇泉分布

我国的间歇泉

我国西藏雅鲁藏布江缝合带、青海可可西西里地区和云南龙陵县均有间歇泉的报道。达格架喷泉位于西藏日喀则昂仁县切热乡境内，数百米长的河谷两侧密布着大大小小几十个泉眼，是中国规模最大间歇喷泉群。这里海拔5086米，距离国道219线约25公里。达格架喷泉的形成与喜马拉雅山近代的上升活动有关，这里的喷泉群对于研究青藏高原地质历史具有重要的意义。