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間歇泉是間斷噴發的溫泉,多發生於火山運動活躍的區域。有人把它比做「地下的天然鍋爐」。在火山活動地區,熔岩使地層水化為水汽,水汽沿裂縫上升,當溫度下降到汽化點以下時凝結成為溫度很高的水,每間隔一段時間噴發一次,形成間歇泉。

1形成原因

世界各地間歇泉噴發景象

世界各地間歇泉噴發景象
間歇泉是這樣形成的:在火山活動地區,熾熱的熔岩會使周圍地層的水溫升高,甚至化為水汽。這些水汽遇到岩石層中的裂隙就沿裂縫上升,當溫度下降到汽化點以下時就凝結成為溫度很高的水。這些積聚起來的水,還有地層上部的地下水沿地層裂隙上升到地面,每間隔一段時間噴發一次,形成間歇泉。間歇泉噴出的水中往往含有礦物質,當水分蒸發或重新滲入地表時,這些礦物質就會沉積下來。隨著時間的推移,日積月累的礦物質能形成各種奇怪的狀,像火山錐,像火山口,有時間歇泉還能「製造」出柱形的礦物質沉積物。科學家雖已揭開了間歇泉的神秘面紗,但人們仍為它雄偉而瑰麗的噴發景觀所傾倒。
間歇泉的形成除了要具備形成一般泉水所需的條件,科學家經過考察指出,適宜的地質構造和充足的地下水源是形成間歇泉最根本的因素。比如,充足的地下水源和適宜的地質構造等以外,還要有一些特殊的條件:  
第一,間歇泉必須具有能源。地殼運動比較活躍地區的熾熱的岩漿活動是間歇泉的能源,因而它只能位於地表稍淺的地區。必須是在地殼運動比較活躍的地區,地下要有熾熱的岩漿活動,而且距地表又不能太深。這是間歇泉的能源。上面提到的幾個地方,都是這種類型的地區。
第二,要有一套複雜的供水系統。在這個天然鍋爐里,要有一條深深的泉水通道。地下水在通道最下部被熾熱的岩漿烤熱,卻又受到通道上部高壓水柱的壓力,不能自由翻滾沸騰。狹窄的通道也限制了泉水上下的對流。這樣,通道下面的水就不斷的被加熱,不斷地積蓄力量,一直到水柱底部的蒸氣壓力超過水柱上部的壓力的時候,地下高溫、高壓的熱水和熱氣就把通道中的水全部頂出地表,造成強大的噴發。噴發以後,隨著水溫下降,壓力減低,噴發就會暫時停止,又積蓄力量準備下一次新的噴發。

2噴發盛景

黃石公園間歇泉
黃石公園裡有一個叫老實泉的間歇泉特別有趣。這個間歇泉不僅噴發猛烈,而且特別遵守時間,總是每隔一小時左右噴發一次,從不提前,也從不遲到。所以才得了這個「老實」的美名。可是,後來因為地震,老實泉發生了變化,現在不如從前那麼遵守時間了。
斯特羅克爾間歇泉
斯特羅克爾間歇泉位於冰島西南部,首都雷克雅未克以東約80千米處。每小時噴射幾次,每次持續約4-10分鐘。                        
每當噴射時,滾燙的水通過直徑約3米水塘里的一個洞口湧出,呈一藍綠色的水穹。然後,伴隨著一陣轟鳴聲,氣泡翻騰,一股沸水柱猛地沖向22米以上的空中。蒸汽瀰漫,發出嘶嘶聲。然後噴水逐漸平息下來,直到下一次噴發。               
最早引起人們注意的是斯托裡間歇泉(大噴井),它與斯特羅克爾間歇泉在同一地區,西文 語言中的」間歇泉」一詞均來源於此。
斯托裡間歇泉過去曾非常活躍,現在已平靜下來,只是偶爾噴水。間歇泉一般出現在岩漿(熔岩)接近地面處,那裡熾熱的岩石會把水烤熱。  如果水能自由泄流,它將像溫泉或泥塘一樣來到地面。如果水被封入岩石中的天然管道內,它將很快變熱,並且部分水在巨大的壓力下會變成蒸汽。當蒸汽的源壓逐漸積聚增強時。一股巨大的水和蒸汽流便從地面噴射而出。水加熱和製造蒸汽的過程一直在進行者,所以間隔一段時間后另一股水和蒸汽的噴射流又迸發了。
在雷克雅未克,工廠和家庭的供熱來自於天然熱水,人們通常在溫泉洗滌,甚至在地面的凹地里焙烤麵包。在諢名為」溫泉花園」的惠拉蓋爾濟。由溫泉供熱的溫室生產香蕉、色拉蔬菜、葡萄、蘭花和玫瑰。
宇宙間歇泉
間歇泉

  間歇泉

黑洞的噴流加熱氣體,阻止它們下落,也切斷了自己的食物供應。氣體失去熱源,再次冷卻下落,又激發黑洞重新活躍起來。這樣的循環在星系團中已經持續了數億年之久。事件的經過已經明朗:氣體落向快速旋轉的黑洞,形成巨大的噴流向外射出;噴流攜帶著高能粒子,雕鑿出巨型空泡,加熱遼闊的宇宙空間--就像黑洞在星系團中打了一個飽嗝。黑洞既能影響整個星系團尺度上的事件,也會受到星系團尺度事件的影響。事情可能是這樣發生的:星系團中的氣體最初非常熾熱,星系團中心星系的超大質量黑洞也十分平靜。大約1億年之後,星系團中央區域的氣體冷卻下來,形成冷流落向中心星系。冷流中的一些氣體凝聚成恆星,變成了中心星系的一部分,另一些則直接掉向超大質量黑洞,成為它的食物。這些氣體聚集成一個吸積盤,並激發出強勁的噴流。 噴流穿透中心星系,直達星系團氣體深處,將能量轉換為熱量,大大削弱了冷流,甚至使之完全停滯。這種行為似乎是自斷生路:截斷了冷流,超大質量黑洞就等於切斷了氣體供應,逐漸恢復平靜。但這樣一來,噴流就會逐漸消散,星系團中的氣體也就失去了熱源。數百萬年之後,中央區域的熾熱氣體會再次冷卻下來,引發中心星系及超大質量黑洞的新一輪成長。這個過程就這樣周而復始地循環下去。這一模型得到了觀測數據的支持:天文學家拍攝了室女、英仙、長蛇和其他星系團的高清晰X射線及射電波照片,在中心星系超大質量黑洞的周圍找到了反覆爆發的證據。星系團中的磁化環、空泡、羽狀噴發物及噴流的大小從幾千光年到幾十萬光年不等,強有力地表明間歇性爆發活動已在那裡持續了數億年之久。從這種模型可以得出一個驚人的推論:超大質量黑洞今天仍然能夠快速成長。而天文學家過去一直認為,這些黑洞的成長已經逐漸停滯。以星系團MS 0735為例,其中的超大質量黑洞過去1億年裡吞噬的氣體相當於3億顆太陽--在如此之「短」的時間內使自身的大小和質量幾乎翻了一番。不過該星系團的中央黑洞並沒有展示出明顯的活動跡象(活動黑洞通常會發出的明亮X射線和可見光)。只有通過星系團中的X射線空腔,我們才得以窺探這個奇特系統的性質。
土衛二間歇泉
間歇泉

  間歇泉

據國外媒體10月11日報道,目前,科學家證實土衛二上所噴發的間歇泉來源於其南極地區熱點周圍的裂溝。使用美國宇航局「卡西尼」太空探測器,研究人員用兩年的時間記錄了土衛二表面處於噴射狀態間歇泉的所在位置。他們發現最為突出明顯的間歇泉來自於南極熱點周圍的四個裂溝,目前這四個裂溝分別被命名為:「亞歷山大」、「開羅」、「巴格達」和「大馬士革」。這些命名來源於阿拉伯民間傳說故事《一千零一夜》,是古埃及等國的首都。據悉,土衛二是距離土星第七遠的土星衛星,又名「恩克拉多斯」(Enceladus)。其南極的熱點區域是具有強烈熱量、屬於強輻射性和放射性地區。目前,這項發現所撰寫的研究報告發表在10月11日出版的《自然》雜誌上,這是科學家首次揭示土衛二表面在裂溝與間歇泉之間的直接關係。美國科羅拉多州太空科學協會「卡西尼」探測器成像小組負責人卡羅林.波爾科說,「我們曾猜測間歇泉可能來自於土衛二表面的裂溝,目前我們最終取得了可靠證據。」她還指出,此項研究對於計算機模擬間歇泉地下構造提供了最新的觀測數據,這將有助於揭示間歇泉以下是否存在著液體海洋以及土衛二地殼以下是否存在著生命體。
「卡西尼」太空探測器紅外照相機最早曾探測到該衛星南極存在不規律的熱點,並揭示所觀測到其表面上的灰藍色「紋理」實際上是向太空噴射的液體水、冰和有機合成物的深裂溝。目前,科學家們認為土衛二間歇泉向太空噴射的物質是土星周圍冰粒子帶--E型環的主要來源,當土星的衛星穿過E型環時都會被覆蓋一層冰粒層,看上去不同尋常地明亮。對於間歇泉形成的理論,科學家認為這是地下冰原互相磨擦導致的,同時土衛二表面的裂溝周期性地張開和閉合致使大量的液體水、冰和有機合成物從熱點噴射出來。間歇泉的形成通常被認為是由一種叫做潮汐加熱的進程所驅使,由於土衛二圍繞土星的軌道路徑是一個橢圓形,在軌道運行過程中途經不同的位置時會產生不同的土星重力牽引作用力。依據土衛二距離土星的遠近所產生的不同重力牽引,土衛二內部的地下冰原磨擦會形成潮汐加熱進程。由於地下冰原反覆地磨擦和加熱,科學家認為這是驅使裂溝張開閉合的主要因素。土衛二是太陽系內科學家所了解的少數具備地質活躍性的星體之一,依據波爾科的觀點,土衛二能夠解釋宇宙天體生物學的許多疑團,她認為除了火星之外,土衛二也是被認為可能孕育生命體的地外星體,這是由於許多形成生命的必要物質已確認存在於土衛二。目前,一個至關重要的問題是土衛二表面的間歇泉噴射物是否直接來自於液態水。

火星間歇泉

遠古火星存在超級間歇泉噴射8公里高地球噴泉相形見絀。地球上的間歇泉有兩種形成方式。一種是,水被從地下逃逸出的蒸汽流沖入高空;另一種噴泉湧出地表的二氧化碳氣泡形成的。這兩種方式都能形成非常壯觀的噴泉。例如,美國懷俄明州黃石國家公園的「老忠實」間歇泉,把滾燙的水噴射到大約45米的高空中。現在科學家表示,他們已經在火星上發現了遠古間歇泉的跡象,與這些間歇泉相比,黃石國家公園的那些噴泉只能算作侏儒。火星間歇泉衝出地面好幾公里,在方圓幾公里的範圍內降下冰雹和泥漿。這項研究由英國蘭卡斯特大學的亞利斯塔爾·巴格瑞領導,這些科學家表示,當二氧化碳氣泡迫使水通過縫隙升到地表時,水就會迅速噴涌而出,形成間歇泉。科研組成員亞當·奈瑟告訴《新科學家》雜誌說:「這就像你搖晃一瓶可樂時,嘶嘶作響的氣泡就會出現。」火星兩面曾經存在間歇泉的跡象非常明顯,被稱作Mangala槽溝(Mangala Fossa)和塞柏魯斯槽溝(Cerberus Fossae)的兩條幾百公里長的裂縫,一直延伸到火星表面。這兩條裂縫是寬闊的渠道的起始點,這些渠道中顯然曾流淌著大量水,流程可能是亞馬遜河的10到100倍。 至少其中的一些水似乎曾以間歇泉的形式從地下噴涌而出。根據塞柏魯斯槽溝附近的一個遭受水蝕的斜坡可以看出,這裡的水顯然曾被噴發到距離裂縫幾公里的高空中。科研組成員萊昂內爾·威爾遜表示,強大的間歇泉曾經一定從這個裂縫中噴涌而出,把水輸送到四面八方。在塞柏魯斯槽溝附近,似乎曾有大量從間歇泉中噴涌而出的泥漿降落到地面上,形成泥流。後來水被蒸發乾后,只剩下間歇泉攜帶的沉積物,形成類似流動物的山脊岩層。威爾遜表示,另一種可能是,這些沉積物是由凝固的熔岩構成,但是山脊的方向顯然排除了這種可能性。當熔岩流形成山脊時,它們經常和流向垂直,而這裡的山脊與流向平行。噴射高度可達8公里,根據沉積物與這個裂縫之間的距離,奈瑟表示,這些間歇泉曾經一定至少將泥漿向四周甩出4公里。據該科研組計算,火星間歇泉將泥漿拋入空中的高度是這個距離的2倍。
火星間歇泉的能量之謎是,它們的水源似乎來自很深的地面下。當地下水團騰空而出時,Mangala槽溝附近疊加的岩石似乎曾向下沉。這種岩石下沉量說明此類水團位於地面以下大約3到4公里的地方。這種深度產生的壓力意味著水體能溶解大量二氧化碳,這些二氧化碳可能來自水團下面的岩漿。一旦裂縫把地下的高壓水團與地表連接起來,這些水就會迅速向上噴涌。當打開一瓶罐裝碳酸水時,由於內部壓力作用,也會產生相同效果。二氧化碳氣泡擴大,將導致泥漿以每小時400公里的速度衝出地面。因為火星上的引力很微弱(僅為地球引力的38%),這些間歇泉的噴發速度或許非常快,而且水柱高度很高。威爾遜告訴《新科學家》雜誌說:「它可能在幾分鐘內就能增高1到2公里。」這些噴泉能持續噴發1或兩個月,在火星表面留下大量泥漿。間歇泉外圍的水在火星空氣中迅速冷卻到零下70攝氏度,以冰雹的形式降落到地面。美國費耶特維爾阿肯色大學的地質學家約翰·狄克遜同意上述觀點,他認為這些沉積物是由二氧化碳水形成的噴泉產生的結果。他告訴《新科學家》雜誌說:「我認為它確實是個可行性假設。這些沉積物的形式看起來確實跟我以前看到的任何陸地熔岩流都不一樣。」在火星形成46億年時,這些間歇泉還有活動。以前的研究已經估算出與塞柏魯斯槽溝相連的渠道不足2000萬歲。奈瑟在美國德克薩斯州休斯頓舉行的月球與行星科學大會上介紹了這項研究結果。
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