高溫地下水冒出地表的現(xiàn)象，通常被認為是地?zé)釁^(qū)或自然景觀中的特有現(xiàn)象。然而，令人驚訝的是，在一些現(xiàn)代城市中，我們也會看到類似的景象。那么，究竟是什么原因?qū)е逻@些地下水變得如此熾熱，并冒出地表呢？
地下水是如何產(chǎn)生的呢？
地下水的生成是地球水循環(huán)中一個關(guān)鍵但復(fù)雜的過程，涉及多重地質(zhì)和水文機制。地下水的形成主要依賴于大氣降水的補給，隨后經(jīng)過滲透、儲存和流動，最終形成一個相對穩(wěn)定的地下水系統(tǒng)。這一過程不僅與地表水有著密切的聯(lián)系，也深受地質(zhì)條件和氣候變化的影響。
降水滲透與地下水補給
地下水的生成始于降水。降水落到地表后，其中一部分通過滲透作用進入土壤，并逐步向下穿過未飽和帶，最終到達飽和帶，在這里水填充了土壤和巖石的孔隙，形成地下水。未飽和帶中的水分以毛細水和重力水的形式存在，只有一部分水能夠繼續(xù)下滲進入飽和帶，這取決于土壤的滲透性、孔隙度以及地質(zhì)條件。
地表水體，如河流、湖泊、冰川等，也通過滲透作用向下補給地下水。這種補給在地表水與地下水之間形成了動態(tài)平衡，特別是在地表水體流量較大或長期存在的地區(qū)，如河流基流（即地下水補給河流的部分）和河道滲漏都是重要的地下水補給源。
地下水的儲存與流動
一旦水進入飽和帶，它便成為地下水。地下水儲存在各種類型的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，主要包括多孔巖層、裂隙巖層和溶洞系統(tǒng)。根據(jù)其所在的地質(zhì)環(huán)境，地下水可以分為自由含水層和承壓含水層。自由含水層位于地表之下，受大氣壓影響，水位變化較快；承壓含水層則位于兩層不透水層之間，水位較為穩(wěn)定，當打井時水可因承壓自流出地表。
地下水在含水層中的流動主要受地質(zhì)構(gòu)造的控制。巖石的孔隙度和滲透率決定了水的儲存量和流動速度，地質(zhì)構(gòu)造（如斷層、褶皺）則進一步影響水的流動路徑。在一些地區(qū)，地下水通過裂隙或溶洞系統(tǒng)快速流動，而在另一些地區(qū)，水的流動可能極為緩慢。這種流動機制使得地下水不僅成為重要的淡水資源，還在調(diào)節(jié)地質(zhì)應(yīng)力和維持生態(tài)系統(tǒng)方面發(fā)揮重要作用。
圖：水循環(huán)過程的綜合示意圖(來源：知乎)
地下熱水真的存在嗎？
你是否曾在冬天的某個寒冷早晨，泡在溫暖的溫泉中，享受著地球深處傳來的那份溫暖？這些溫泉水其實就是地下熱水，一種存在于地球表面下的神奇資源。那么，地下熱水是如何產(chǎn)生的？
地下熱水是如何形成的？
地下熱水是由地球內(nèi)部的熱量加熱地下水形成的，這種熱量主要來自幾個來源：
放射性衰變
地球內(nèi)部含有許多放射性元素，如鈾、釷和鉀。當這些元素發(fā)生衰變時，會釋放出大量的熱量，這些熱量通過傳導(dǎo)作用加熱周圍的巖石和水。
地殼熱流
地球深處的熱量不斷向地表傳導(dǎo)，這一過程被稱為地殼熱流。在一些地殼較薄或存在斷裂帶的地區(qū)，地?zé)崃髅芏雀?，地表下的水更容易被加熱，形成地下熱水?/strong>
巖漿活動
在火山活動區(qū)，地表下的巖漿會釋放出大量的熱能，直接加熱地下水。這種情況下，地下熱水的溫度通常很高，甚至可能接近沸點，形成熱泉或間歇泉。
地下熱水在哪可以找到？
地下熱水在全球各地廣泛分布，最常見的形式就是我們熟知的溫泉。溫泉的水溫通常比當?shù)氐哪昶骄鶜鉁馗?，富含礦物質(zhì)，因此溫泉不僅適合沐浴，還具有一定的保健作用。
溫泉
溫泉是地下熱水最常見的表現(xiàn)形式。它們廣泛分布在火山活動頻繁或地質(zhì)斷裂帶發(fā)育的地區(qū)，比如冰島、日本、新西蘭和美國的黃石公園等地。溫泉水常常富含礦物質(zhì)，對身體有益，因此深受人們喜愛。
熱泉的溫度更高，甚至可以接近100攝氏度。熱泉通常位于活躍的火山區(qū)，如美國黃石公園。這里的熱泉常年噴涌著高溫的水流和蒸汽，壯觀的景象吸引了大量游客。
間歇泉
間歇泉是熱泉的一種特殊形式，它會定期噴發(fā)出高溫水和蒸汽。這種現(xiàn)象通常是由于地下水循環(huán)和地?zé)峄顒拥闹芷谛宰兓斐傻?。黃石公園的“老忠實泉”就是世界上最著名的間歇泉之一。
關(guān)注社會新聞的小伙伴們也許要問了！那新聞里說的城市道路上pupu往外冒的熱水又是啥呀？這難道不是水“開”了才往外溢嗎？
答案來啦！還真不是因為熱水沸騰造成的外溢！事實上，地下水通常存在于地表以下的含水層中，隨著深度的增加，水受到的壓力也隨之增加。在這樣的高壓環(huán)境下，水的沸點也會升高。這意味著在地下深處，水即使溫度接近或超過100攝氏度，它也不會像在地表那樣沸騰。這個現(xiàn)象在地質(zhì)學(xué)中被稱為“壓熱效應(yīng)”。
例如，在海平面上的標準大氣壓下，水的沸點是100攝氏度。但在深度更大的地下環(huán)境中，水的沸點可能需要達到120攝氏度甚至更高，才能沸騰。因此，地下水即使在高溫下，通常也不會沸騰，而是保持液態(tài)。
不同于咱們前面說的，雖然這些冒出地面的熱水和自然界中的地下熱水一樣溫暖，但它們的來源卻與地?zé)峄顒訜o關(guān)。在城市中，出現(xiàn)這種現(xiàn)象通常是由以下幾個原因引起的：
地下供熱管道泄漏
在許多城市，尤其是寒冷地區(qū)，為了保證冬季供暖，城市地下鋪設(shè)了大量的熱力管道。這些管道中輸送著高溫的熱水或蒸汽，用于為居民和商業(yè)建筑供暖。然而，隨著時間的推移，管道可能會因為老化、腐蝕或施工損壞而發(fā)生泄漏。當熱水從破裂的管道中泄漏出來后，便會通過地下土壤或裂縫涌到地表，形成了我們在街道上看到的熱水和蒸汽。
地鐵和地下建筑的熱量散失
現(xiàn)代城市地下空間的開發(fā)日益增加，如地鐵、地下停車場和購物中心等。這些地下建筑的運營需要大量的能源，尤其是地鐵系統(tǒng)。在冬季或寒冷的天氣中，地鐵運行時產(chǎn)生的熱量會通過地表裂隙或通風(fēng)系統(tǒng)散發(fā)出來，當遇到外界的冷空氣時，就會形成熱氣騰騰的水流或蒸汽。
工業(yè)廢水排放
在一些工業(yè)集中的城市，工廠生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的熱廢水。如果這些廢水未經(jīng)過有效處理，直接排入地下或通過排水系統(tǒng)排放，它們也可能在某些低洼或排水不暢的地區(qū)冒出地表，形成熱水現(xiàn)象。
圖：城市地區(qū)潛在的人為熱源及天然熱源
全球地下水溫度的變化趨勢
地下含水層是地球上最重要的淡水儲存庫，提供了全球約一半的人口日常飲用水和農(nóng)業(yè)用水。然而，盡管地下水對于維持地球生態(tài)系統(tǒng)和人類生存至關(guān)重要，人們對地下水在面對氣候變化時如何反應(yīng)卻知之甚少。
近日發(fā)表在《自然·地球科學(xué)》雜志上的一項研究，利用全球尺度的熱傳輸模型，分析了地下水溫度在未來氣候變化情景下的變化趨勢。研究表明，在中等溫室氣體排放情景下，預(yù)計到2100年，全球地下水溫度將平均升高2.1攝氏度。然而，由于不同地區(qū)的地質(zhì)條件和氣候差異，這一升溫趨勢并不均勻。例如，在安第斯山脈和落基山脈等山區(qū)，地下水升溫速度預(yù)計會較低。
圖：與地下水溫度變化相關(guān)的過程和影響
圖：2000 年至 2020 年和 2000 年至 2100 年之間的地下水溫度變化
地下水溫度的升高正在成為一項嚴重的環(huán)境威脅，其影響遠超出我們對水資源的傳統(tǒng)認知。變暖的地下水不僅會導(dǎo)致有毒元素如砷和錳的釋放，直接威脅到飲用水的安全，還可能破壞依賴地下水的生態(tài)系統(tǒng)，造成生物多樣性的喪失。此外，地下水升溫還會降低制冷系統(tǒng)的效率，對能源利用和相關(guān)產(chǎn)業(yè)造成負面影響。面對這一潛在的危機，我們必須重視對地下水資源的保護，確保生態(tài)系統(tǒng)的健康和人類的可持續(xù)發(fā)展。
參考文獻
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來源：石頭科普工作室
編輯：千里雁啼
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