水热爆炸是一种极其猛烈的水热活动现象,爆炸后地表留下一个漏斗状的爆炸穴,穴口周围组成的环形垣体堆积物逐渐流散,泉口涌水量慢慢减少,水质渐清,水温降低。水热爆炸通常没有固定的时间和地点,前兆不明显,过程也很短促,约在10分钟以内,因此只有少数人碰巧目睹过这种奇特的地热现象。
有人认为,水热爆炸属于火山活动的范畴,这是因为目前仅有美国、日本、新西兰和意大利等少数国家发现过水热爆炸,但几乎都出现在近代火山区内。然而,青藏高原上的水热爆炸活动和现代火山似乎没有什么联系。它是在以岩浆热源为背景的浅层含热水层中,当高温热水的温度超过了与压力相适应的沸点而骤然汽化,体积膨胀数百倍所产生的巨大压力掀开了上面的盖层而发生的爆炸。
高原上水热爆炸的规模较小,但同一地点发生水热爆炸的频率却较高。如苦玛每年四五次,有的年份则多达20余次。这种罕见的高频水热爆炸活动说明,下覆热源的热能传递速率大,爆炸点的热量积累快。从地热带内其他各种迹象判断,这个热源可能是十分年轻的岩浆侵入体。
19世纪末叶以来,涉足高原的任何外国探险家都没有报道过这里的水热爆炸活动,已经发现的水热爆炸活动大都发生在20世纪50年代以后,它们形成的垣体中也不见泉华碎块,这不仅说明这些水热区形成的年代较新,而且还暗示这里作为热源的壳内岩浆体很年轻,正处在初期阶段。
西藏是目前我国境内发现间歇喷泉的唯一地区,共有间歇喷泉区三处。高温间歇喷泉是自然界一种奇特而又罕见的汽、水两相显示,它是在特定条件下,地下高温热水做周期性的水汽两相转化,因而使泉口间断地喷出大量汽水混合物的一种水热活动。相邻的两次喷发之间,有着相对静止的间歇期。
冈底斯山南麓的昂仁县搭各加间歇泉区位于多雄藏布河源,海拔大约5000米,共有4处间歇喷泉,都坐落在高15~30米的大型泉华台地上。最大的一处泉口直径只有30厘米,泉口东面直径两米的热水塘由一条裂隙连通。这个间歇泉活动比较频繁,每次喷发高度由一两米至十余米不等。喷发延续时间也很不一致,短的一瞬即逝,长的可达10余分钟。
每次较大的喷发来临之前,泉口及旁边的热水塘的水位缓缓抬升,随后泉口开始喷发,水柱自低而高,然后回落。有时则经过几次反复才达到激喷,汽水柱一下子上升到10米左右,持续片刻后渐渐下降,有时则又回折,几经反复直至停息。其中有一次特大喷发,随着一声巨响,高温汽、水流突然冲出泉口,即刻扩展成直径两米以上的汽、水柱,高达20米左右,柱顶的蒸汽团不断腾跃翻滚,直捣蓝天。
这种奇特的、交替变幻的喷发和休止,决定于它奇妙的地下结构和热活动过程。间歇喷泉通常位于坚固的泉华台地上,其下有体积庞大的“水室”和四周的给水系统,底部有高温热水或天然蒸汽加热,还有细长喉管直达地面的抽送系统,酷似一个完整的天然“地下锅炉”。
随着水室受热升温,汽化上下蔓延,至水室内具备全面沸腾的条件时,骤然汽化所产生的膨胀压力通过抽送系统把全部汽水混合物抛掷出去构成激喷。水室排空后重又蓄水、加热,孕育着再一次喷发。
位于拉萨市西北90千米的羊八井盆地海拔4200米左右,也是典型水热爆炸类型的热田之一。这里一些巨大温泉和热水湖蒸汽升腾而成高10余米的几座白色汽柱,十分壮观。
羊八井地热田的发电潜力为17.9万千瓦,如果全部开发出来完全可以满足拉萨市及其附近地区的电力需求。
西藏地热之谜仍有待于进一步研究。
南极冰冷气候下的“暖湖”
如果说南极是我们生活的星球上最冷的地方,相信没人会反对吧!因为这块大陆一直以来就有“冰雪大陆”之称,但是就在这冰天雪地中,却有一个温暖的湖泊,这究竟是为什么呢?我们也很想知道其中的秘密。
在南极大陆维多利亚地区附近的干谷地区终年不降雪,更无冰川,就是在这样一个平谷的底部,有一个叫做范达湖的湖泊,令人惊奇的是,这个藏身冰冻中的湖竟是一个暖水湖。在68.6米深的湖底部,水温高达27℃。探险家们发现,在南极大陆共有20多个湖泊,不仅终年不冻,而且湖水温暖。
科学家们对南极这些不冻湖泊深感兴趣。他们研究发现,南极湖泊有三种类型:一类是湖面冰冻,冰不是液态水;另一类是湖面季节性冰冻,夏季湖面解冻,液态水露出湖面;还有一类是寒冬湖面水也不冻。最为奇特的就是范达湖,尽管湖表面有冰层,但随着深度增加,湖水温度迅速提高,直到湖底水温接近27℃。
为什么会有这些暖水湖呢?科学家们提出了各种看法。一些人认为,可能有一股来自地壳的岩浆流烤热了湖底的岩层,提高了湖底水的温度。持反对意见的学者认为,至今没有在湖底找到地壳断裂带,所以地热不可能传出地表面温暖湖水。1973年11月,科学家在范达湖进行了钻探,钻头穿过湖面冰层、水层,钻入湖底岩层,结果发现湖底水很暖,但湖底岩层却很冷。这也证明了湖底的岩层并没有被烤热。
一些人认为,范达湖湖水可能是被太阳晒热的,因为范达湖湖水清澈,湖面冰层没有积雪,太阳的短波辐射可以穿过冰层和水层,到达湖底,暖热了水温。同时湖面冰层,又能像棉被那样挡住湖水热量的散发,所以湖底的水可以保持这样高的温度。但是,一些学者提出,较暖的表层湖水通过对流,必然把热量传给周围湖水,结果应该是整个湖水都变暖。另外,在南极半年的极夜期,为什么能保持这样高的水温,而在另半年的极昼时期,它的水温并没有无限制地升高呢?
此外,也有人认为范达湖的温水是受海底温泉加热而成的,可是至今也没有找到热泉。有人提出可能湖里存在某种特殊化学物质在反应放热,但至今也没找到这种物质。在这块年平均气温达-25℃、极点最低温为-90℃左右的世界极寒的冰原中,暖水湖的成因确实是一个谜。
旧谜未解,新谜又起。前不久,在意大利罗马召开的南极考察学术交流年会上,俄罗斯的地质冰川学家卡皮茨亚博士指出,南极冰盖下掩埋着一个巨大的湖泊。这个湖泊在苏联的南极“东方站”附近,在3800米深的冰盖下,长约250千米,宽约40千米,呈长椭圆形,湖水深度为400米左右。这个神秘而奇特的冰下之湖,被称作“东方湖”。于是,东方湖的成因,引起各国冰川学家们的争议。
美国的冰川学家曾提出压力消融说,认为是冰盖上部冰的压力使冰消融变成水。但仅仅是压力就能将冰消融成这么浩大的湖泊,不能说服更多的科学家。俄罗斯科学家提出地热融化说,认为是地球内部涌出的地热使冰盖底部融化形成浩渺大湖。但由于在冰盖岩盘打孔困难,南极大陆热流还无法测定。一些学者提出反问,在已知地热温度不高的南极大陆,其冰盖下的冰难道真的是被地热融化的吗?
因此,一些人把东方湖与暖水湖联系起来,甚至展开了丰富的联想,比如有关湖水的成分、湖底的沉积物、湖水中有无生命等。弄清南极大陆湖泊的真相,也许可揭开冰川学、古环境以及地球环境演变的许许多多的谜。
地温异常带
绕行于太阳的地球,以它固有的运行规律决定了一年一度的春、夏、秋、冬如期而至。每当数九寒冬和酷热的盛夏来临之际,爱幻想的人们是多么渴望能有一个冬暖夏凉的季节呀。真是天公作美,随人心愿,世上竟有一部分幸运的人居住在冬暖夏凉的“地方”,这“地方”就是辽宁省东部山区桓仁县境内被人们叹为观止的“地温异常带”,这条“地温异常带”一头系于浑江左岸,沙尖子满族镇政府驻地南1.5千米处的船营沟里,另一端系于浑江右岸,宽甸县境内的牛蹄山麓。整个“地温异常带”长约15千米,面积为10.6万平方米。
在这块土地上,随着夏天的到来,地下温度便逐渐开始下降。当气温高达30℃的盛夏时在这里地下1米深处,温度竟至-12℃,达到滴水成冰的程度。
特别是船营沟任洪福家房后的一道长约1000米,宽约20米的小山岗,则更为明显。1995年的一个夏天,任洪福的父亲任万顺,在堆砌房北头的护坡时,发现从扒开表土的岩石空隙里,冒出了刺骨的寒气。老汉感到很是惊讶。于是就在这里用石块垒成了长宽不足2尺(1尺≈0.3米)、深达2.5尺的小洞。夏季里,这个小洞就变成了一个天然的冰箱,散发出阵阵寒气,这时人站在距洞口六七米远时,就会被这寒气冻得难以忍受,他们将鸡蛋放在洞口,鸡蛋都冻破了皮,将一杯糖水放入洞内,很快就被冻成冰块。
入秋后,这里的气温开始节节上升,到了朔风凛冽、隆冬降临时,这“地温异常带”上却是热气腾腾,这时在地下1米深的温度可达17℃,任洪福家的“天然大冰箱”这时又变成了“保温箱”。人们在任家山后的山冈上看到,虽然大地已经封冻,但种在这里的角瓜,却是蔓壮叶肥,周围的小草也是绿茵茵的。任家在这里平整了一小块地,上面盖上塑料棚,在这棚里种上大葱、大蒜,大葱长得翠绿,蒜苗已割了两茬。人们经过测定发现在这棚内气温可保持17℃,地温保持15℃。在这小岗上整个冬、春始终存不住雪。任洪福老汉充分利用这一条件,在这道土岗的护坡前盖了三间房子,利用洞口的冷气建成了小冷库。为乡亲和沙尖子镇饭店、医院、酒厂、兽医站等单位储存鱼、肉、疫苗等物品,其冷冻效果十分理想。
无独有偶,在河南林县石板岩乡西北部的太行山半山腰,有一个海拔1500米叫“冰冰背”的地方,也是个冬热夏凉的地方,在这里阳春三月开始结冰,冰期长达5个月,寒冬腊月,热气如蒸,从乱石下溢出的泉水,温暖宜人,小溪两岸奇花异草,嫩绿鲜艳。
人们知道,自然界的冷暖取决于太阳的光热,随着地球的自转,当它与太阳距离缩短时,太阳辐射给地球的热能就增加,使地球变暖、变热。反之,地球就变凉、变冷。由此形成了地球的一年四季、春夏秋冬。而这奇异的土地却打破了这一自然规律,出现了超自然的现象,它的冷热不随外界变化而变化,而有其自身的变化规律。那么,当外界变暖时它的地下为什么会是那么寒冷?外界变冷时,它又是从哪里获得的热源呢?这奇异的现象,引起了许多科研人员的注意。他们有的认为,在这种冷热反常的地带,它的地下可能有庞大的储气构造和特殊的保温层,大气对流于这特殊的地质构造之中,才导致了这奇异的现象。
另有些人认为,这里的地下有寒热两条储气带同时释放气流,遇寒则热气显、遇热则冷气显。还有人则认为,这个地下庞大储气带的上面有一特殊的阀门,冬、春自动开闭,从而导致这种现象的发生,这种种分析只是推论而已,究竟这地温异常带是如何形成的?这里的地质结构有什么与众不同?还有待科学工作者经过进一步考证,才可能解开这一带“冷热颠倒”之谜。
风雨不平常
刮风下雨本是极寻常的自然现象,但有些风和雨确实很奇异。
1940年在高尔科夫州,发生了一桩令人惊奇的事。一个炎热的夏天,在巴甫洛夫区麦歇尔村的上空雷雨大作,一些银币随着雨滴撒落在地上!村民发现这竟是几千枚伊凡五世时代铸造的模压花纹的硬币。1954年,美国小城达文港下了一场蔚蓝色的夜雨。1933年,在远东离卡瓦列洛沃镇不远的地方,暴雨带来了大量的海蜇。在许多国家还经常发生这样的事:晴朗的日子里,天上突然撒下许多麦粒,掉下橙子和蜘蛛,有时又会随雨滴落下青蛙和鱼……这些看来不可思议的现象,其实都是龙卷风的恶作剧!
龙卷风发生在水面,则称为“水龙卷”,如发生在陆地上,则称为“陆龙卷”。
龙卷风外貌奇特,它上部是一块乌黑或浓灰的积雨云,下部是下垂着的形如大象鼻子似的漏斗状云柱,具有“小、快、猛、短”的特点。水龙卷直径25~100米。陆龙卷的直径不超过100~1000米。其风速到底有多大,科学家没有直接用仪器测量过,但根据龙卷风在经过的区域内作的“功”来推算,风速一般每秒达50~100米,有时可达每秒300米,超过声速。所以龙卷风所到之处便摧毁一切,它像巨大的吸尘器,经过地面,地面的一切都要被它卷走,它经过水库、河流,常卷起冲天水柱,连水库、河流的底部有时都暴露出来。同时,龙卷风又是短命的,往往只有几分钟或几十分钟,最多几小时。一般移动几十米到10千米左右,便“寿终正寝”了。
来去匆匆的龙卷风平均每年使数万人丧生。全球每年平均发生的龙卷风上千次,其中美国出现的次数占一半以上。1974年4月3日,在美国南部发生了一场龙卷风,风速从每小时100海里增加到300海里,卷走了329人,使4000多人受伤,24000多家遭到不同程度的损失,损失价值约7亿美元。亚、欧与大洋洲也是龙卷风多发地区。所以各国对龙卷风的研究都很重视,但龙卷风之谜一直未能彻底解开。
龙卷风的形成一般都与局部地区受热引起上下强对流有关,但强对流未必产生“真空抽水泵”效应似的龙卷风。苏联学者维克托·库申提出了龙卷风的内引力—热过程的成因新理论:当大气变成像“有层的烤饼”时,里面很快形成暴雨云——大量的已变暖的湿润空气朝上急速移动,与此同时,附近区域的气流迅速下降,形成了巨大的漩涡。在漩涡里,湿润的气流沿着螺旋线向上飞速移动,内部形成一个稀薄的空间,空气在里面迅速变冷,水蒸气冷凝,这就是为什么人们观察到龙卷风像雾气沉沉的云柱的原因。但问题是在某些地区的冬季或夜间,没有强对流或暴雨时,龙卷风却也每每发生。这就不能不使人深感事情的复杂了。并且龙卷风还有一些“古怪行为”使人难以捉摸:它席卷城镇,捣毁房屋,把碗橱从一个地方刮到另一个地方,却没有打碎碗橱里的一个碗,被它吓呆的人们常常被它抬向高空,然后,又被它平平安安地送回地上,大气旋风在它经过的路线上,总是准确地把房屋的房顶刮到两三百米以外,然后抛在地上,然而房内的一切却保存得完整无损;有时它只拔去一只鸡一侧的毛,而另一侧却完好无损,它将百年古松吹倒并捻成纽带状,而近旁的小杨树连一根枝条都未受到折损。