来自地球深部的馈赠：为什么温泉是热的?地热还有哪些效用?

时间：2024-06-13 08:17:02来源：科普中国

出品：科普中国

作者：王慧琦(中国科学院深海科学与工程研究所)

监制：中国科普博览

编者按：为拓展认知边界，科普中国前沿科技项目推出“未知之境”系列文章，纵览深空、深地、深海等领域突破极限的探索成果。让我们一起走进科学发现之旅，认识令人惊叹的世界。

在这个星球上，大自然以其壮丽的景色与无穷的奥秘为我们缔造了一座座可供欣赏与探寻的宝库。其中，温泉作为自然界中的瑰宝，不仅令人舒缓身心、焕发活力，还蕴藏着丰富的地热能源。在这里，自然的奇迹与人类的智慧交相辉映，引领我们踏上一段充满惊喜的探索之旅。

(图片来源：veer图库)

温泉背后的地质学

温泉的形成和分布是一个错综复杂的自然过程，它综合了多种因素的影响，包括地球内部的热量来源、地质构造活动以及气候条件等。

这些天然的热水池宛如地下世界的使者，从地壳深处悄然涌出，开启了一段神奇的地下之旅。最初，大气中的水分子以降雨或融雪的形式，悄然渗透进地下多孔的岩石之中。随着深度的增加，这些水分子逐渐下沉到地球深部。在这个过程中，会受到来自地幔的高温加热，而地幔的温度因地球内部的巨大热量而升高。

这些热量主要源于两方面：一是地球形成初期残留在内部的原始热能;二是地球内部物质在进行化学反应和放射性衰变时所释放出的热量。这些热量不断传递给循环不息的地下水，使其温度逐渐升高。

最终，当这些被地热加热的水在地壳中遇到裂缝或断层时便会顺着这些通道上升，最终涌向地表;或是通过板块构造运动伴随火山活动喷薄而出，如环太平洋火山带，由于靠近地质断层线和火山活动，温泉丰富。这段向上穿越岩石层的旅程可能需要历经数年甚至数个世纪，在这个过程中，水与围岩发生反应吸收多种矿物质，如钙、镁、硫等。最后，它以温泉的形式出现在地表——这是地球地热能与地质多样性的生动证明。

(图片来源：veer图库)

在中国，温泉的分布主要受地质构造的影响。高温地热活动区主要分布于中国西南的西藏和云南以及台湾等板块边界附近，这些地区可能存在年轻的岩浆活动，为地热活动提供了热源。而在中国内陆地区，地热活动则主要沿断裂带深循环形成，这些断裂带为深层地下水提供了上升的通道，使得地热能够顺利地传导至地表，形成温泉。此外，气候条件也对温泉和地热水产生重要影响，降水量的多寡和强度直接关系到温泉地热水的循环和补给。

温泉的分类方式繁多，迄今为止，国际上尚未形成统一的分类标准。通常可以根据温泉溶解矿物元素的含量、温度、源头排放量(流速)或pH值(酸性、中性、碱性)进行分类，也可以从化学组成、地质、物理性质等方面进行分类。

根据化学组成的分类，温泉可以分为氯化物泉、碳酸氢盐泉、硫酸盐泉和混合型泉等四种主要种类;从地质角度分类，温泉可以分为火成岩区温泉、变质岩区温泉、沉积岩区温泉等;根据水温的不同，可以分为冷泉、温泉、热泉和超热泉。

此外，根据酸碱度、渗透压等能进一步细分出更多种类，如单纯温泉、钠碳酸氢盐泉、钠盐泉、二氧化碳泉、钙镁碳酸氢盐泉、硫酸盐泉、富铁泉、硫化氢泉(硫磺泉)等;按温泉的活动类型、形态等物理性质，还可将温泉分为普通温泉、间歇温泉、沸泉、喷泉、喷气孔(或硫气孔)、热泥泉等。

温泉的保护与可持续发展

温泉不仅承载着娱乐与疗愈的价值，更作为可再生能源展现着巨大潜力。地热发电厂巧妙地利用地底热能，不仅为我们提供了电力和供暖，更在一定程度上减少了对化石燃料的依赖，为减缓气候变化、保护地球环境做出了重要贡献。

温泉作为地热活动的自然标志，是地球内部结构和地质活动的直观展现。通过研究温泉，我们可以更深入地了解地球的内部结构、地质变迁以及地热资源的分布和储量，这对于推动地质科学研究、资源勘探开发都具有重要意义。

然而，当前对于温泉的可持续性发展和微生物多样性的研究仍显不足，温泉中的微生物群落也是一个复杂而独特的生态系统，对于维持温泉的生态平衡和生物多样性具有重要意义。

随着温泉旅游的热度持续升温，我们更应实施可持续的管理措施，以预防过度开发带来的生态破坏，如资源污染和地面塌陷。因此，只有持续不断深入挖掘温泉的奥秘，加强温泉资源的科学研究和监测，制定科学合理的开发和保护策略，才能借助这些地热资源合理开发利用清洁的可再生能源，减少碳排放，让温泉继续成为人类与野生动植物共存的绿色乐园。