泉的家族
在自然界里,形成泉的条件是多种多样的,因此泉的形态、种类也是很多的,它取决于许多外界因素,其中最主要的有地质构造、地貌和水文地质条件等。
一般泉的出露在山区比平原多,因为山区岩层的褶皱、隆起、上升活动都比较强烈,断裂发育,岩层多经过强烈风化剥蚀,地形变化大,使含水层受到割切、破坏而露出地表,有的也可以起到阻拦地下水运动的作用,从而使地下水出露地表。当然,山区一般雨水也多些;平原地区,由于大部分是沉降地区,在漫长的地质年代里沉积了厚厚的第四纪砂砾石层和土层,地形平坦,含水层不容易直接露出地面,只有在冲积扇的边缘,由于土层突然变细,阻碍了地下水向前流动,故只好涌出地表成泉,或者在河流两岸及沟谷发育的地方出露。根据泉的形成特点,我们把泉分为以下几种:
(1)侵蚀泉。由于河流不断地冲刷并向地下侵蚀、割切,达到含水层时,地下水就会流出地表形成泉。这种泉在河流的两岸出现,因为是侵蚀作用形成的泉,所以叫侵蚀泉。
侵蚀泉
(3)堤泉。由于有隔水层局部突起,使地下水向前流动时受到阻挡而流出地表形成的泉,叫堤泉。
堤泉
(3)溢出泉。在山前平原地区,如西北的甘肃、新疆地区的戈壁带与草原绿洲带之间,由于地层岩性发生变化,使地下水不能向前流动而溢出地面形成泉。这种泉往往不只是一个,大多成片出现,是与山区边缘大致平行分布的泉群,这种泉叫做溢出泉。成片出现的泉群,水文地质学上叫地下水溢出带。
溢出泉
(4)接触泉。在含水层与隔水层的接触面,由于地下水沿着岩层表面流动,在有出口的地方,就会出露成泉,这种泉叫接触泉。
(5)断层泉。当含水层被地层错动后产生的断层破碎带切割而露出地表,地下水就会流出而形成泉,这样的泉叫断层泉。
(6)岩溶泉。石灰岩、大理岩、白云岩等含碳酸钙、镁等矿物质的岩层,在常年被水侵蚀的情况下,很容易溶解而形成溶洞,在这种地区常有岩溶水出现。我国广西桂林就是这种石灰岩广泛分布的典型地区。由于这种岩石可溶性强,岩层内彼此连通的溶洞特别多,而水可以全部渗入地下,水在地下溶洞中的运动速度非常快。换句话说,水渗得快,流得快,流出来的速度也快。它常以泉和地下暗河的形式出露于地表。这种泉叫岩溶泉,它的特点是水量比较大,一般多为淡水,水质好。我国岩溶大泉分布非常广,南方各省区都有分布,特别是广西、贵州、云南、四川等省(区),大泉很多,有的大泉可以成为地下河。在我国东北辽宁省本溪的水洞、北京的银孤洞洞中也可以行船,山东省济南的趵突泉、黑虎泉,山西省太原的晋祠泉、神头泉、娘子关泉等水量也都很大。其中有些还是较为著名的风景旅游区。
按泉水的补给来源、含水层性质、出露形态和水动力特点,人们把泉分为下降泉和上升泉两大类。
下降泉是由最上层的潜水含水层补给的泉。这种地下水一般埋藏得比较浅,上部没有隔水层,降雨时,水很快就下渗补给地下水,泉水的流量、水的温度都是随着季节和气候的变化而变化的。这种变化非常明显:降水多时,泉水的流量就大;大旱时泉水流量就小,如果遇到长期干旱不下雨时,泉水就干涸了。之所以叫下降泉是因为这种地下水从泉口自由流出或慢慢地溢出地表,没有压力,水在泉池(或坑)内很平静,一般没有冒水花和冒气泡的现象。这种泉包括溢出泉、侵蚀泉、接触泉和堤泉等。
上升泉是一种有水头压力的地下水补给的泉,它的上部和下部都有隔水层,这种泉的含水层就是承压含水层(自流水层)。
地下水受到自身和地层的压力很大,因此,这种类型的地下水只要遇到空隙、裂隙等通道就要涌出地面,所以这种泉叫上升泉。上升泉最明显的特点是泉水从地下向上涌冒,翻水花,冒气泡。地下水受到的压力越大,向上涌出的水量也越多,水头也越高。这种泉水的流量、水温、水质都比下降泉稳定,一般受季节和气候变化的影响很小。如断层泉就是自流盆地、自流斜地中的含水层被河流、冲沟切割而形成的泉。由于这种泉的水量、水压都比较大,又可以自流,所以这种地下水在实用方面有比较重要的价值。在有上升泉分布的地方,一般可以打出自流井。
(1)温泉
按泉水的温度,泉可以分为冷水泉、温泉和热泉三种类型。
泉水温度在20℃以下的为冷水泉。
泉水温度超过20℃,低于37℃的为温泉。
泉水温度超过37℃的为热泉。
温泉冬天冒热气,水温常年不变。温泉的热量主要来自地壳的深处。现在我们已经知道,在地下100公里的深处温度可达1000℃以上,地心温度估计有5000~6000℃。地壳深处这种热源就是通常说的地热能。它通过火山爆发、岩浆活动,沿岩层的断裂带向上运动和扩散。降水(雨、雪)、地表水和地下水沿着地层中的裂隙、断裂破碎带向下渗透,渗得越深,水温就越高。这样,就形成了地下热水,这种地下热水流出地表,就是温泉。由于温泉的水多半是下渗的雨水及地下水循环至地球深处而形成的,在其很长的流程中,遇到了各种各样的岩石,通过其自身的长期作用,势必会携带一些特殊的化学成分(微量元素)、有机物和气体,因此,它一般又多为矿泉。
我国约有温泉二千四百多处。它的分布有明显的区域性特征,即它的分布与地热资源分布区是完全一致的。
通过调查了解到,我国主要有西藏、云南西部及台湾的温泉密集区,而且这些地方的温泉水温普遍较高;东部沿海地区温泉虽然较多,但水温略低。
西藏的羊八井和云南的腾冲一带属高热温泉区,有些泉水温度超过了沸点(90~105℃),像刚开锅的水一样热,形成沸泉和喷泉,能把牲畜烫死。西藏雅鲁藏布江的一些河流中有不少河中温泉,热水翻滚,经常可把水中的鱼烫死。云南腾冲主要是火山区,是有名的“温泉之乡”,仅在南北长115公里、东西宽55公里的范围内就有79处热泉群,大部分都是高热泉,可以说每一个老的火山喷火口现在就是一个温泉口。在一些断裂带上喷气、喷水、热水沸腾声与地下水流动声交织齐鸣,热气腾腾,真好似一个炼钢厂。台湾温泉也非常密集,共有100多处;东南沿海有700多处;辽东半岛和山东半岛有40多处。许多高温热泉在各地的县志中都有记载,如“火燠(yù)如沸”,“常沸如汤”,“可熟羊豕(shǐ)”等等,意思是说泉水沸腾像热汤一样,可以把鸡、羊、猪煮熟。
远在一千五百多年前,北魏时期有一个叫郦道元的人,在他所著的《水经注》里就有不少关于温泉的记载。
(2)矿泉
根据泉水中含有的化学成分,泉又可分为淡水泉和矿泉两种。
现在着重来介绍一下矿泉。
如前所述,矿泉与温泉有着非常密切的关系,是具有医疗意义的地下水。
它们能影响人体的生理作用,医治某些疾病。如治疗骨关节炎、神经衰弱、皮肤病等。有些矿泉水长期饮用还可以治疗肠胃病、心血管疾病。若矿泉水含有的化学成分适量,这种矿泉水会非常好喝,而且对人的身体补充一些必要的微量元素也是有益的。如青岛的崂山矿泉水、五大连池矿泉水、松潘翡翠矿泉水里含有游离二氧化碳,因此它们可以帮助消化。若泉水中的矿物成分高达每升10克以上时,可以从中提取碘、溴等工业原料。但是,也有些泉水的味道异常,有的发臭,有的发苦,有的发涩,有的发咸等,这是由于水中含有硫化氢、镁、钾等一些特殊的化学成分的缘故。
那么,淡水和矿泉水怎样识别呢,我们可以根据下表来加以鉴别:
成分淡水与矿泉水界限(毫克/升)锂≥0.2锶≥0.2锌≥0.2溴≥0.1碘≥0.2偏硅酸≥25.0硒≥0.010游离二氧化碳≥250(以上为饮用矿泉水国家标准)硫化氢≥1氡≥3.5(马赫单位)氟≥1偏硼酸≥5镭<10-11(可做医疗矿泉水)目前国际上测量氡气含量所用的单位。
矿泉是在特殊的地质、水文地质环境下形成的。根据它所含有的化学成分和特点,矿泉一般可分为以下四种:
——碳酸泉。它主要分布在地壳深部近代岩浆活动较多的地区,水中的碳酸气是变质作用产生的,水的化学成分可以是各种各样的。
——含氮气泉。它是降雨将大气中的氮气携带到地下水中而形成的。水的化学成分比较复杂。
——含硫化物泉。水中主要含有氡气、甲烷或甲烷水,气体来源于有机物质。它多分布在一些含有石油、天然气的地层,或含有机物质如沥青、泥炭等的地区。这种泉有臭味,被称为硫磺泉。
——含放射性泉。泉水中主要含放射性氡和镭等元素。
长江第一泉——白沙井
被称为长江第一泉的白沙井,在湖南省长沙市南门外一里许,锡山的西坳,老龙潭的北面。这里有井4口,由东而西地排列着,每口井长约2丈,宽和深均约1尺,泉水自沙石中涌出,清冽甘美。井水一年四季,不论长涝久旱,部不盈不竭,汲以沏茶,格外芬芳醇香,成为品茶家的甘露琼浆。传说这白沙井上应天上的长沙星,故被誉为“星泉溥洵”、“玉醴流甘”,甚至被说成,“清香甘美,为酒不酢,为浆不腐,霍乱吐泻,一饮良已”。故历来在井的不远处都开有几间茶馆,专供客人品尝白沙井清茶。
白沙井泉味甘美,是因为水中含有有益的无机盐等矿物质,可与济南的趵突泉、无锡的惠山泉比美,因而引起人们的重视和爱护,曾有人为它写了一副脍炙人口的对联:
常德德山山有德,长沙沙水水无沙。
把两地的地名及山水特色一妙一肖,淋漓尽致地表现出来,此名联将与名泉留芳千古。
潸然而下的泪泉
在古代丝绸之路上,有一个仅次于甘肃敦煌的艺术宝库——克孜尔千佛洞。它坐落在新疆拜城东南约50公里的渭干河畔。早在公元5世纪,往来于丝绸之路的商贾、僧侣就在此留宿,修筑洞窟。至今,100多个洞窟中还保留了大量精湛的石刻和绘画艺术。
古人对这里之所以情有独钟,除这里有常年流水的渭干河水源丰富外,更重要的是这里有一个景色奇特的泪泉。其涓涓细流甘甜可口,据水质分析为重碳酸钙钠型水,比硫酸根含量高达600~800毫克的渭干河水好喝。此泉水流量仅四五个秒公斤,水质清澈见底,沿流绿柳芦苇丛生,嫣然成了这荒漠上的绿洲,给这里带来了历史上的繁荣和文明。
泪泉是怎样形成的呢?早在第三世纪的时候,发源于北面天山上的黑孜河向南流,于此汇人由西向东流的渭干河。后因受新构造运动影响,使之系地层褶皱断裂上升,第四世纪以来克孜尔千佛洞一带也逐渐隆起。黑孜河随着隆起,逐渐向西相对下降的麻扎一带迁移河道。而在其中上游地区露出有第三层砂岩等透水岩层,黑孜河水由此转化为地下水,转而在克孜尔千佛洞东北约一公里处的冲沟头陡壁处流出,形成泉水。沟头形成直径约10米的半圆形,泉水沿环形半壁处呈滴状断续渗出,酷似晶莹的泪珠潸然而下。泪泉之名由此而来。
清凉透心的苏澳冷泉
暑热的夏天,当你将一瓶汽水咕噜咕噜往肚里灌以后,一会,你身体就会产生一阵清凉痛快之感。这是因为汽水内压人了大量的二氧化碳气体,当人喝了汽水后,肚里的二氧化碳气吸收了人体的热量,然后散发出人体,使人产生凉快之感。
在祖国宝岛台湾的苏澳七星岭下,有5处天然的汽水泉——冷泉。冷泉长年保持21摄氏度,无论是炎热的夏天还是气温降到。10摄氏度的冬天,它的水温都保持不变。冷泉水饱含二氧化碳气,从水池底的卵石中冒出后,就像汽水般夹着气泡往上冒。人到冷泉中浸泡,全身页会布满小气泡,人体感到一股冷气由肌肤、内脏,进入骨髓,继而又感到浑身发热,热气由骨髓、内脏,往肌肤外逸出,然后皮肤感到刺痛。浸泡冷泉浴可治胃痛、肝病、黄疸病等,尤其对各类皮肤病疗效最佳。生了痱子,一泡即好。据说,这种冷泉浴只要浸泡3次就会上瘾,不泡则晚上睡不着觉,甚至连饭也吃不下。
为什么会产生这种冷泉呢?分析认为,是由于地下含有的二氧化碳气,由高密度变化的过程中,大量吸收周围矿泉水的热量造成。
泉水涌起的殿宇
山西太原市西南25公里的悬翁山下,有一座建于汉魏,距今有1500余年历史的晋祠,是借西周成王“剪桐封弟”的故事而建立的祠堂。这里有巍峨的殿宇,雕梁画栋,翠瓦飞檐;有亭台楼阁,碧池小桥相映成趣。但很多人都不知道,在这庞大的古建筑群下面,竟是晋水的源头。
地质学家指出,晋祠的基底,是悬翁山地下水的天然露头,那里有许多大大小小终年不息的泉眼在日夜流淌。古代的建筑师独具匠心地选中这片土地,将殿宇楼阁建在泉眼上。现在,这里已经是著名的旅游胜地,但游人们只能看到祠分三泉——“圣通”、“善利”、“难老”,其余的泉眼都被百余座古建筑所覆盖,其出口均由此三泉汇总了。
为什么这里会有众多的泉眼呢?原来,悬翁山是由三条大断层形成的石灰岩三级阶地,裂隙长期受地下水的侵蚀、溶解而发育成为巨大的地下溶洞。这些溶洞是一个天然的地下水库,受汾河水和大气降水的补给,经地下循环而成泉水。这里泉水的水质属硫酸一碳酸一镁型,矿化度每升0.7克,总硬度26度,恒温17.5摄氏度,清甜可口,是天然的标准饮料。
天然的硫酸制造厂——硫酸泉
人们喜欢用泉水洗衣服,但如果你用硫酸泉的泉水洗衣服的话,衣服特别容易破烂,这是因为硫酸泉有一定的腐蚀性。硫酸泉位于四川省丹巴城西北6公里的金川乡日坡村,处于大渡河左侧谷坡脚下。泉水显露于丹巴背斜轴部的一条自北向西的冲断层上,海拔高度2000余米,水温为摄氏19度,属低温泉,流量为1.828升/秒。水无色而透明,其主要化学成分有钙、镁离子、二氧化硅、锰等;水质为硫酸钙镁型,其味苦涩,具轻微腐蚀性。就泉水化学成分而言,硫酸根含量突出。按该泉水的流量推算,每秒泉水携出硫酸根总量可达1.23克。如果将这些硫酸回收,就相当建一座日产硫酸106.3公斤,年产硫酸38.8吨的硫酸制造厂。
硫酸泉的成因,是因为该地区的泥盆系中,上统地层大理岩中共生石膏,经冲断层错动而破碎,不断溶解于地下深部水中。故大量的硫酸根、钙离子溶于地下水后,随地下水的远移,泄出地表,即为硫酸泉。
大地母亲的乳汁——乳泉
人们都把大地比作母亲,大地的水是母亲献出的乳汁,它滋养着大地上千千万万的生灵。到底大地是否真的会涌出乳汁呢?在广西上思县凤凰山上,有一眼终年不涸水色似乳汁的泉,名“乳泉”。泉水含有多种对人体有益的成分,是天然的饮料。用此泉水泡的茶,经一星期仍不会变味;用它泡腌鱼肉,经数天仍能保持鱼肉的鲜味。