最近權游第八季開播,凜冬終于來臨,人類與異鬼決戰的主戰場終于拉開帷幕。這是鐵王座落定前,冰與火的較量。
而地底深處的巖漿翻涌,地表噴出簇凈的清泉,這是在這個神奇的藍色星球中,神秘而壯闊的水與火的共舞——間歇泉。
間歇泉
間歇泉(Geyser)是以間歇性熱液和蒸汽噴發為特征的泉水。
間歇泉是一種相當罕見的現象,它只在地球上少數幾個存在特殊水文地質條件的地方形成。
一般來說,所有的間歇泉都位于活火山區附近,地表水與熱巖石接觸的平均深度約為2000米。加壓水的沸騰導致熱液和蒸汽從間歇泉表面噴口噴涌而出,即為間歇泉效應。
間歇泉
Strokkur 間歇泉, 冰島
美國內華達州Fly Geyser
間歇泉的形成
間歇泉是一種非永久性的地質特征,通常在火山地區存在。當水沸騰時,產生的壓力迫使過熱的蒸汽和水柱通過間歇泉的內部管道到達地表。間歇泉的形成需要火山地帶常見的三種地質條件結合:接近地球表面巖漿提供的熱量;由裂縫、縫隙、氣孔空間以及孔穴組成的通道以及水被加熱時的儲庫。間歇泉常常沿著斷裂發育。
活動間歇泉的剖面
間歇泉的噴發原理
間歇泉活動是由地表水逐漸滲入地下,直到與巖漿加熱的巖石相遇而引起的。然后,加熱后的水通過巖石的氣孔及裂隙對流上升回地表。間歇泉通道的表面有一個小的通風孔,通風孔與一個或多個狹窄的通向地下蓄水層和壓密的巖石的通道相連。
Strokkur 間歇泉噴發過程——蒸汽從熱水中上升
當間歇泉充滿時,水柱頂部的水冷卻下來,但由于通道狹窄,阻礙了水的對流冷卻,上面較冷的水壓著下面較熱的水,就像高壓鍋的蓋子一樣,使得水庫中的水變得過熱,并在遠高于標準壓力沸點的溫度下保持液態。
Strokkur間歇泉噴發過程——水脈沖向上膨脹
最終,間歇泉底部附近的溫度上升到沸點,迫使蒸汽上升到柱頂。當它們沖破間歇泉的通風口時,一些水溢出或噴濺出來,減輕了水柱的重量,降低了下面水的壓力。隨著壓力的釋放,過熱的水迅速變成蒸汽,在整個通道內劇烈沸騰。膨脹的蒸汽和熱水產生的泡沫會從間歇泉口噴涌而出。
Strokkur 間歇泉噴發過程——表面破裂
硅華是間歇泉噴發的一個關鍵條件。
硅華——主要是二氧化硅(SiO2),從巖石中溶解并沉積在間歇泉管道系統的壁上和表面。這些沉積物逐步堵塞將水帶到地表的通道,使壓力能夠一直被帶到頂部而不泄漏。當間歇泉中剩余的水冷卻到沸點以下,噴發結束。加熱的地下水開始滲入水庫,整個循環又開始了。
Strokkur 間歇泉噴發過程——噴涌與回落
不同的間歇泉,噴發的持續時間和連續噴發之間的時間差別很大,冰島的斯特魯克火山(Stokkur)每隔幾分鐘噴發幾秒鐘,而美國的大間歇泉(Grand Geyser)每8-12小時噴發10分鐘。
Grand Geyser噴泉型間歇泉
間歇泉的分類
間歇泉有兩種類型:噴泉型間歇泉和錐型間歇泉。
前者從水池中噴出,通常是一系列劇烈甚至猛烈的噴發,后者是由硅質泉華(包括硅華)的錐狀體或丘狀體中噴發而出,通常以穩定的噴流形式噴發,持續時間從幾秒鐘到幾分鐘不等。
黃石國家公園最著名的間歇泉之一——Old Faithful是錐型間歇泉。而地球上最高的可預測間歇泉——Grand Geyser是噴泉型間歇泉。
Old Faithful錐狀間歇泉
間歇泉與生物
部分間歇泉具有特殊的顏色,這是因為盡管條件惡劣,但生命經常以嗜熱原核生物的形式存在于其中。觀察證明,生命實際上有可能在高溫下存在,一些細菌甚至喜歡高于水沸點的溫度。已知有幾十種這樣的細菌。嗜熱微生物喜歡溫度從50-70°C,超嗜熱菌成長最佳溫度高達80-110°C。
黃石公園Grand Prismatic Spring的明亮顏色
間歇泉的分布
間歇泉非常罕見,需要水、熱和適合的通道系統的結合。這種組合在地球上很少見。美國黃石國家公園是最大的間歇泉地區,有數千個溫泉,大約有300到500個間歇泉。它的九個間歇泉盆地擁有著世界上一半的間歇泉。俄羅斯、智利、新西蘭和冰島等地也分布著許多間歇泉。
世界上主要的間歇泉分布
我國的間歇泉
我國西藏雅魯藏布江縫合帶、青海可可西西里地區和云南龍陵縣均有間歇泉的報道。達格架噴泉位于西藏日喀則昂仁縣切熱鄉境內,數百米長的河谷兩側密布著大大小小幾十個泉眼,是中國規模最大間歇噴泉群。這里海拔5086米,距離國道219線約25公里。達格架噴泉的形成與喜馬拉雅山近代的上升活動有關,這里的噴泉群對于研究青藏高原地質歷史具有重要的意義。
西藏達格架噴泉
間歇泉的用途
間歇泉作為一種地熱資源和自然景觀,被用于發電、供熱和旅游等各種活動。冰島的間歇泉田是世界上最具商業可行性的間歇泉地點之一。自20世紀20年代以來,來自間歇泉的熱水被用來加熱溫室和種植食物。從1943年起,冰島就開始使用間歇泉的蒸汽和熱水為家庭供暖。
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