文/王树芳（北京市水文地质工程地质大队，北京市地质环境监测总站）

▲日本北海道泡温泉的猴子

我国先民很早就发现和利用温泉了。据陕西省临潼华清池附近出土的仰韶文化时期的沐浴遗迹和陶器等文物推断，仰韶文化时期，华清池温泉附近的人们就已经用温泉沐浴了。而我国有文字记载的温泉利用始于《山海经》，此书成书于公元前400—公元前200 年，文字记载的温泉历史已有近3 000 年。古人眼中的温泉扑朔迷离，还有许多传说与之相伴。

温泉的形成是一个非常复杂且曲折的过程。温泉是地下水在地表的一种出露形式，全球均有分布。其中，太平洋沿岸的火山特别活跃，温泉也非常丰富。大洋洲的新西兰，东南亚的印尼和菲律宾，我国的西藏、云南及台湾地区，日本，美国夏威夷群岛及西海岸，南美的萨尔瓦多、阿根廷、智利和秘鲁等地都有许多温泉，并与火山密切相关。火山爆发后，许多地区会出现新的温泉，而且温度很高，矿物质含量也很高，其中不少被开发为温泉旅游区，吸引了大量游客。

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温泉的热源

温泉的热源类型主要分为火山型和非火山型两种。在火山比较活跃的地区，地下隐藏着温度可达700 ～ 1 200℃的岩浆，为温泉提供了源源不断的热量。火山型温泉如南半球新西兰的罗托鲁阿火山温泉，而“罗托鲁阿”就是毛利语“火山口湖”的意思。罗托鲁阿市就坐落在火山多发区，被称为“火山上的城市”。活跃的火山使当地遍布热泉。1886 年的火山爆发导致多个村落被毁，1917年的火山爆发摧毁了许多坚固的旅游设施。非火山地区的地下温度远远低于火山地区，其热量主要是地球形成时保存下来的热量，还有地壳中铀、钍、钾等放射性元素衰变产生的。由于地球的年龄超过了40 亿年，其中大部分热量早已散发到太空中，存下的热量并不多，也比岩浆提供的热量少得多。所以，非火山型热源的热量远远低于火山型热源。在这种情况下，形成温泉需要很长的时间。利用地质学上的同位素测年方法，地质学家们推断部分温泉水的年龄为2 万—3万年，但是也有一些地热水的年龄超过几百万年，甚至是上千万年。

▲火山型温泉成因示意图（王树芳供图）

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温泉的水源

有了热源，还需要介质把热量带出来，地下水就是这个介质。只有当地下水涌出地表时才能称其为泉水，达到一定温度的泉水则称为温泉水。温泉水的来源非常复杂，有的来自天然降水的入渗，包括降雨与降雪；有的是地层形成时被封存其中的海水或者淡水，等等。地下水被地下热源加热达到一定温度后便成为地热水，地热水涌出地表即成为温泉。

北京的小汤山温泉和南京的汤山温泉就是这样形成的。它们的泉水来源于古老时期的降水，降水渗入到地下后随地势由高向低流动，流动的过程中逐渐被高温地层加热形成温泉。这些地区利用地质测年方法测得温泉水年龄较轻，在2万—3 万年。

夏威夷群岛上的温泉水来源有所不同。当火山喷发时，喷发物中富含的大量水汽冷凝后通过火山口进入火山岩中，受热后形成温泉。另外，火山喷发时会加热附近的地层，地层中的地下水受热升温形成地热水，涌出地表后也会成为温泉。

▲冰岛蓝湖（孙颖供图）

虽然这些温泉是在短期内形成的，但是水源的年龄更老。温泉的压力只有热源和水源，地热水是不能涌出地表形成温泉的。地热水要涌出地表，就必须有足够的压力，压力主要来自三个方面。

一是源头的静水压力。就像一个U 型的连通器一样，当我们从连通器的一端加水时，新加的这部分水就会对连通器底部的水产生压力，迫使底部的水向另一端运动，最终使连通器两端的水面达到平衡。与连通器相似，当地热水的位置比源头低时，源头就会对其产生静水压力。

二是上覆地层对地热水的压力。温泉在涌出地表前是地下的地热水，会受到上覆地层的压力。地热水埋藏得越深，上面的地层越厚，受到的压力越大。

三是地层上面的大气压力。大气压力通过地层将压力传导给地热水。这三个压力同时作用在地热水上，当压力之和足够大时，地热水就会上涌成泉。在一些地热活跃区，有时会出现更神奇的景象：温泉规律性喷涌就像闹钟一样准时，这就是间歇泉，即间断喷发的温泉，多发生于火山运动活跃的区域。全球已知的间歇泉大约有1 000 多眼，其中近一半分布在美国的黄石国家公园里。著名的火山之国冰岛，也有多个间歇温泉。

▲美国黄石公园温泉

这些温泉为什么会间歇性喷发呢？简单地说就是热胀冷缩的原理。在火山活跃的地区，灼热的岩层会使地下水升温甚至汽水汽，渐渐在地下聚积越来越大的压力。当压力积蓄到一定程度时，地下热水和水汽沿着地表的裂缝上升，并最终冲出地表，形成喷泉。喷发过后，地下储水空间的压力得到释放，被周围补充过来的冷水或回流的地表水再次充满，新一轮的地下水加热又开始了。

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温泉的通道

地下水有了温度和足够的压力后，一旦遇到合适的通道就会喷涌而出形成温泉，通道一般有断层和岩溶通道两种。最常见的通道就是断层，是地层发生错断后产生的。当断层切穿含水层时，含水层中的地热水就会沿断层涌出地面，形成温泉。这种情况下，温泉一般会沿断层呈线状分布。实际上，世界上大多数温泉都与断层在地表密切相关，因为温泉水源埋藏往往很深，如果没有上涌通道，这些温泉水只能是地热水。地热水只有通过断层上涌到地表，才能形成温泉。我国西藏地区和日本某些地区有许多温泉带，温泉呈带状分布。科学家通过温泉带可以追索断层的走向。

另外一种通道就是岩溶通道，是可溶性岩石在水的作用下形成的孔隙和通道。与断层相比，岩溶通道更复杂。一个岩溶通道可能延伸几千米、几十千米或者更长。另外，岩溶通道不是呈线状延伸的，而是曲折的。曾有人想在岩溶泉附近钻井以获取温泉水，但是试验了好多次都失败了。

▲我国西藏朗久的温泉

还有人想增大温泉的出水量，就用炸药对泉眼进行爆破。但爆破后不但没有增大泉水量，泉水反而也流了。正当人们为自己的鲁莽行为懊悔不已时，温泉水却从距原泉眼几米远的地方涌了出来，好像捉迷藏一样。北京的小汤山温泉、重庆的北温泉和美国的飞喷泉，其形成也与岩溶通道密切相关。

由上面的介绍我们可以知道，温泉的形成依赖多方因素，缺一不可。温泉是大地对生命的恩赐，我们一定要好好珍惜。

（来源：“大自然杂志”微信公众号 ，本文由北京科技报全媒体中心编辑制作）