地下水会“开”吗？

高温地下水冒出地表的现象，通常被认为是地热区或自然景观中的特有现象。然而，令人惊讶的是，在一些现代城市中，我们也会看到类似的景象。那么，究竟是什么原因导致这些地下水变得如此炽热，并冒出地表呢？

地下水是如何产生的呢？

地下水的生成是地球水循环中一个关键但复杂的过程，涉及多重地质和水文机制。地下水的形成主要依赖于大气降水的补给，随后经过渗透、储存和流动，最终形成一个相对稳定的地下水系统。这一过程不仅与地表水有着密切的联系，也深受地质条件和气候变化的影响。

降水渗透与地下水补给

地下水的生成始于降水。降水落到地表后，其中一部分通过渗透作用进入土壤，并逐步向下穿过未饱和带，最终到达饱和带，在这里水填充了土壤和岩石的孔隙，形成地下水。未饱和带中的水分以毛细水和重力水的形式存在，只有一部分水能够继续下渗进入饱和带，这取决于土壤的渗透性、孔隙度以及地质条件。

地表水体，如河流、湖泊、冰川等，也通过渗透作用向下补给地下水。这种补给在地表水与地下水之间形成了动态平衡，特别是在地表水体流量较大或长期存在的地区，如河流基流（即地下水补给河流的部分）和河道渗漏都是重要的地下水补给源。

地下水的储存与流动

一旦水进入饱和带，它便成为地下水。地下水储存在各种类型的地质结构中，主要包括多孔岩层、裂隙岩层和溶洞系统。根据其所在的地质环境，地下水可以分为自由含水层和承压含水层。自由含水层位于地表之下，受大气压影响，水位变化较快；承压含水层则位于两层不透水层之间，水位较为稳定，当打井时水可因承压自流出地表。

地下水在含水层中的流动主要受地质构造的控制。岩石的孔隙度和渗透率决定了水的储存量和流动速度，地质构造（如断层、褶皱）则进一步影响水的流动路径。在一些地区，地下水通过裂隙或溶洞系统快速流动，而在另一些地区，水的流动可能极为缓慢。这种流动机制使得地下水不仅成为重要的淡水资源，还在调节地质应力和维持生态系统方面发挥重要作用。

图：水循环过程的综合示意图(来源：知乎)

地下热水真的存在吗？

你是否曾在冬天的某个寒冷早晨，泡在温暖的温泉中，享受着地球深处传来的那份温暖？这些温泉水其实就是地下热水，一种存在于地球表面下的神奇资源。那么，地下热水是如何产生的？

地下热水是如何形成的？

地下热水是由地球内部的热量加热地下水形成的，这种热量主要来自几个来源：

放射性衰变

地球内部含有许多放射性元素，如铀、钍和钾。当这些元素发生衰变时，会释放出大量的热量，这些热量通过传导作用加热周围的岩石和水。

地壳热流

地球深处的热量不断向地表传导，这一过程被称为地壳热流。在一些地壳较薄或存在断裂带的地区，地热流密度更高，地表下的水更容易被加热，形成地下热水。

岩浆活动

在火山活动区，地表下的岩浆会释放出大量的热能，直接加热地下水。这种情况下，地下热水的温度通常很高，甚至可能接近沸点，形成热泉或间歇泉。

地下热水在哪可以找到？

地下热水在全球各地广泛分布，最常见的形式就是我们熟知的温泉。温泉的水温通常比当地的年平均气温高，富含矿物质，因此温泉不仅适合沐浴，还具有一定的保健作用。

温泉

温泉是地下热水最常见的表现形式。它们广泛分布在火山活动频繁或地质断裂带发育的地区，比如冰岛、日本、新西兰和美国的黄石公园等地。温泉水常常富含矿物质，对身体有益，因此深受人们喜爱。

热泉

热泉的温度更高，甚至可以接近100摄氏度。热泉通常位于活跃的火山区，如美国黄石公园。这里的热泉常年喷涌着高温的水流和蒸汽，壮观的景象吸引了大量游客。

间歇泉

间歇泉是热泉的一种特殊形式，它会定期喷发出高温水和蒸汽。这种现象通常是由于地下水循环和地热活动的周期性变化造成的。黄石公园的“老忠实泉”就是世界上最著名的间歇泉之一。

关注社会新闻的小伙伴们也许要问了！那新闻里说的城市道路上pupu往外冒的热水又是啥呀？这难道不是水“开”了才往外溢吗？

答案来啦！还真不是因为热水沸腾造成的外溢！事实上，地下水通常存在于地表以下的含水层中，随着深度的增加，水受到的压力也随之增加。在这样的高压环境下，水的沸点也会升高。这意味着在地下深处，水即使温度接近或超过100摄氏度，它也不会像在地表那样沸腾。这个现象在地质学中被称为“压热效应”。

例如，在海平面上的标准大气压下，水的沸点是100摄氏度。但在深度更大的地下环境中，水的沸点可能需要达到120摄氏度甚至更高，才能沸腾。因此，地下水即使在高温下，通常也不会沸腾，而是保持液态。

不同于咱们前面说的，虽然这些冒出地面的热水和自然界中的地下热水一样温暖，但它们的来源却与地热活动无关。在城市中，出现这种现象通常是由以下几个原因引起的：

地下供热管道泄漏

在许多城市，尤其是寒冷地区，为了保证冬季供暖，城市地下铺设了大量的热力管道。这些管道中输送着高温的热水或蒸汽，用于为居民和商业建筑供暖。然而，随着时间的推移，管道可能会因为老化、腐蚀或施工损坏而发生泄漏。当热水从破裂的管道中泄漏出来后，便会通过地下土壤或裂缝涌到地表，形成了我们在街道上看到的热水和蒸汽。

地铁和地下建筑的热量散失

现代城市地下空间的开发日益增加，如地铁、地下停车场和购物中心等。这些地下建筑的运营需要大量的能源，尤其是地铁系统。在冬季或寒冷的天气中，地铁运行时产生的热量会通过地表裂隙或通风系统散发出来，当遇到外界的冷空气时，就会形成热气腾腾的水流或蒸汽。

工业废水排放

在一些工业集中的城市，工厂生产过程中会产生大量的热废水。如果这些废水未经过有效处理，直接排入地下或通过排水系统排放，它们也可能在某些低洼或排水不畅的地区冒出地表，形成热水现象。

图：城市地区潜在的人为热源及天然热源

全球地下水温度的变化趋势

地下含水层是地球上最重要的淡水储存库，提供了全球约一半的人口日常饮用水和农业用水。然而，尽管地下水对于维持地球生态系统和人类生存至关重要，人们对地下水在面对气候变化时如何反应却知之甚少。

近日发表在《自然·地球科学》杂志上的一项研究，利用全球尺度的热传输模型，分析了地下水温度在未来气候变化情景下的变化趋势。研究表明，在中等温室气体排放情景下，预计到2100年，全球地下水温度将平均升高2.1摄氏度。然而，由于不同地区的地质条件和气候差异，这一升温趋势并不均匀。例如，在安第斯山脉和落基山脉等山区，地下水升温速度预计会较低。

图：与地下水温度变化相关的过程和影响

图：2000 年至 2020 年和 2000 年至 2100 年之间的地下水温度变化

地下水温度的升高正在成为一项严重的环境威胁，其影响远超出我们对水资源的传统认知。变暖的地下水不仅会导致有毒元素如砷和锰的释放，直接威胁到饮用水的安全，还可能破坏依赖地下水的生态系统，造成生物多样性的丧失。此外，地下水升温还会降低制冷系统的效率，对能源利用和相关产业造成负面影响。面对这一潜在的危机，我们必须重视对地下水资源的保护，确保生态系统的健康和人类的可持续发展。

参考文献

[1] Benz, S.A., Irvine, D.J., Rau, G.C. et al. Global groundwater warming due to climate change. Nat. Geosci. 17, 545–551 (2024). https://doi.org/10.1038/s41561-024-01453-x

[2] 黄婉彬,鄢春华,张晓楠 & 邱国玉.(2020).城市化对地下水水量、水质与水热变化的影响及其对策分析.地球科学进展(05),497-512.

[3] 李文鹏.(2023).对地表水资源与地下水资源重复量的认识与水资源开发利用理念探讨.水文地质工程地质(01),1-2.doi:10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202209031.

来源：石头科普工作室

编辑：千里雁啼

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