第二十一章 湖泊与泉水

每块陆地上除了有流动的河流外,还有静止的水体,这些静止的水体基本上由土地包围,与海洋没有直接联系。这些内陆水体就是湖泊;如果很浅,面积很大,海岸又很难定义,那么就被称作沼泽或湿地。湖泊主要分为4种:

第一种,溪流既没有流进那里,也没有从那里流出。基本上这种湖泊是非常小的而且不是很重要。奥弗涅的死火山的山口就有很多这样的湖泊。雨水填满了这些曾被岩浆填满的煅烧的碗状凹地,随着雨的下落,得失达到平衡,水平因此面总是保持一致。

第二种,就是流出没流进的。它们由地下隐藏的泉水灌溉,在溢出来之前,泉水会填满这个盆地或大量涌入盆地。许多大川的水源就是这样的湖泊。圣劳伦斯河就是这样的河流,它的水源是位于美国和加拿大之间的五大湖。

第三种,就是有流进又有流出。它们往往被看做是流经它们的溪流的扩张。这样的湖泊有莱茵河穿过的康士坦茨湖,以及罗纳河穿过的日内瓦湖。

最后一种,就是有溪流甚至是大川流入,但是又悄悄地流出。你可能会问,这些水库接收水,却没有水流出来,最后难道不会溢出来吗?答案很简单:流入的水都被蒸发了。要产生这样的结果,有一个必要的条件,那就是水表面是暴露出来的,而且温度必须达到能够蒸发足够的水,使流入的水和蒸发的水到达平衡。有些这种湖是咸水湖,如果面积足够大,就叫做内陆海。里海、死海、咸海都是这样的湖。里海接收的是伏尔加河里的水,伏尔加河是欧洲最长的河。它的水位比相邻的黑海和地中海低25米。地面上有一个巨大的洞储存里海的水,这个洞是经地球外壳弯曲形成的。

死海所填补的洼地比里海的大得多,它的水平面比地中海低400米。在《平原上的城市》这本书上,它被认为是古代遗迹,是被天火烧了之后遗留下来的。从耶路撒冷来的旅行者在慢慢靠近它时,从一个陡坡上掉入了某个巨大的火山口。这个被诅咒的大海里的水,虽然它的名字很悲惨,而且与海洋没有联系,但其实它本身并没有值得悲伤的地方。相反,它在太阳的照射下,闪闪发亮,呈现出非常绚丽的蓝色;但是由于它太重了,所以不会泛起微波,就算风吹也不会有太大的动作,它一直都很平静,即使在小石滩也不会起泡沫。它是一个平静、静止的死海。到处都是盐:水中含着盐,土壤中含着盐,泥潭和池塘里含着盐晶体,而且整座小山也是由盐组成,黏土也无法使它变黑。煅烧后的岩石和岩浆碎片堆积在它的岸边。

不过,死海的四周并不都是贫瘠的。有淡水的地方,就会有植物生长。可以看到和人一样高的芦苇丛,还有单一的灌木丛,上面长了水果——死海之果。死海之果有点像普通的绿色苹果,只是表皮非常硬。果实打开后,就会看到白色细粉末状的东西,如果把这些粉末吹走,就能看到一包种子,像鸟儿的蛋一样。除了这些少量的绿色景点外,死海的周围是非常荒凉的,荒凉到大家都知道这是上帝愤怒的结果。

我们已经讲了河流、湖泊和其他内陆水体的最值得注意的特征,现在我们来讲一些比较不是那么重要但是也非常有趣的特征。我将告诉你们关于泉水的知识;但是,首先来了解一下静水力学定律,这个定律可以用来解释我们下面要讲的内容。

拿一个酒杯状的玻璃容器,然后在里面装满水。这个容器A的底部与一支金属试管B连接起来,这支金属试管可以与各种各样的试管连接,任意形状的都可以。用一个活塞堵住金属试管B,阻止它与别的试管接通。如果活塞打开,那么玻璃容器的水就会进入到试管里,等它的水平位置与玻璃容器的水的位置差不多持平才会停止,不管试管的形状是怎样的,像D也好,像其他的两个也好,结果都是一样的。在这三种情况里,水所到达的位置都是差不多的,就是图中所标出的虚线。这就是连通器原理:当几个任意形状的玻璃容器与另外一个相通的话,如果往其中一个容器倒水,那么最后所有的水在各个容器里的水位都是一样的。这就是我们公共广场的喷泉的原理。在某深处的水库的地下水管引导下,水会在喷泉砌石里的水管中上升,找寻它的水位,如果喷泉的孔口没有水库里的水位高,那么水就会从那里流出来。如果比它高,水就不会流出来,因为水位会下降到和水库的水位差不多一致的位置。


图17


图18

现在假设图中的金属试管与玻璃试管不同,然后打开活塞,会发生什么呢?水会喷射到空气中,喷到与容器中的水位差不多高的地方。是否会到达这个高度取决于水的重量,以及它在上升过程中遇到的阻力。用这种方法,可以解释自然喷泉和人工喷泉是一样的。假设有一个高架水槽与地下直直向上开口的水管是相通的。如果这个开口足够小,而且比水槽的水位低,那么水就会用力喷出,而且水柱会上升到与水槽差不多高的位置。前面已经解释过,如果达不到这个高度是怎么回事了。射出的水的高度取决于喷射口离水槽里的水位的垂直距离。

总之,跟其他液体一样,水也具有很强的流动性,它倾向于在所有的容器或导水管中到达同样的高度;而且如果任何导水管都有一个向上的开口,那么水就会从这个开口喷出来,到达与水源的水位差不多高的地方。

土壤的不同层次根据它们的阻塞能力来划分。更专业点说,就是它们的渗透性。有些土层,特别是黏土层,对流水产生很大的阻力,而其他的,尤其是沙层,能够自由地吸收水。假设土壤有两层黏土层A和B,一层沙层C在黏土层A和B之间,如图19所示。就像我们前面学的,这些土层会分布在不同地方的不同深处,这是地球外壳的移位、弯曲、褶皱所带来的。某个地方深处的土层可能会出现在另外一个地方的表层。那么,让我们来假设某部分地面某个深度的沙层上升到其他地方的表面,例如,我们图中右边的部分。河底、湖底、其他水体的底部,或者永久积雪的山脉上,都会突然发生这样的情况。同样,也会发生在雨水聚集的凹陷处,或者被夜晚凝结的霜笼罩着的山边。在任何一种情况下,由于沙层本身的超强渗透性,它都会吸收集合在两层渗透性不强的黏土层之间的水。从而形成一个又富足又广阔的地下水体。


图19

如果沙层来到某个地方的表面,例如深峡谷的两边,或者是土壤自然形成的裂缝、裂隙或者其他开口处与外界相通,就形成了由地下水库灌溉的喷泉。但也可能是饱和沙层不出现在表面,或与外界相通,那样的地下水就是未知的,也许它就在我们脚下,或者最干的土地下面。为了把它带到表面,好好利用,就必须开个口。假如在图中的a点处钻一个孔,这个孔一旦伸入到储存水的两层中的上层,水就会从开孔处喷出来,达到水源——水库、池塘、湖泊或者河流的水位。如果钻孔的位置比水库低,那么喷出的水的高度可能偏高或者偏低;如果不是,那么喷出的水就会刚好与水库的水位一样。

为了到达水饱和的那一层,常常需要挖至中等深度;这样挖出来的井,就可以通过水源的补给,达到与溪流、湖泊或池塘的水位的高度。如果水源的水位上升或下降,它也会随着上升或下降相同的幅度。但是如果地下水体是在很深的地方,那么就挖自流井,之所以这样命名是因为它最早出现在阿图瓦。在一端是铁棒的非常有力的钻孔工具的帮助下,随着钻孔越来越深,一个直径一到两分米的孔就穿过了土壤各层——碎石层、泥灰层、黏土层,可能还有石灰岩层——直到碰到水,它的深度可能有几百米。如果在钻孔的过程中,碰到了最硬的岩石,那么习惯用一种类似手术钻孔机的工具。然后再用一种类似勺子的铲子来清除洞里的泥、碎石、沙子、小石头和其他的障碍物。最后,为了保住圆柱井的墙壁,通常用挖空的方式,为了防止水从旁边跑出去,还会在洞里放一根金属管作为内衬。

在结束这个话题之前,我想请你们注意一下自流井的高温。它是地球内部的热量在水源处流动产生的结果。

在某些地方,有种喷泉可以一直喷好几天,甚至几个月,中间几乎没有停歇——喷着喷着,会停下来一会儿,再继续喷。这些奇怪的喷泉,在水耗尽后经过一段时间又会获得水源,然后再继续喷,这样的喷泉就叫做间歇泉。如果只举两个例子,那么一个是位于阿尔卑斯山的科尔马斯喷泉,它每过7分钟就会停下来,然后再继续喷;另一个是位于尚贝里的皮尤斯格罗斯喷泉,每6个小时喷一次——太阳上山的时候、中午、太阳下山的时候、半夜。我们可以用虹吸管来解释这种奇怪的喷泉。

虹吸管是一种弯管,要么是曲线弯曲,要么是两边弯曲,如图中的ABC管,而且一头长一头短。从短的那边放进要被排出的水,如果你把嘴巴放在C口处吸,直到整个管子里面充满了水,然后把嘴移开,水就会流出来,直到水槽里的水降到短的那一头的底部才停止。这是因为空气中的压力对水槽的水产生向下的作用,所以水才会沿着短的那头流出来。


图20

经过物理学证明,到处都存在着大气压力,而且这种压力能够支撑起试管里10米的水柱。为了更清楚点,我们假设短的那一头有1米,长的那一头有3米。大气压力作用水槽里的水,把它们往开口A输送,这个压力可以支撑起10米高的水柱;但是,这里的水柱只有1米,还有可以支撑9米水柱的压力没有被释放。同样,C口处的大气压力也可以支撑起10米高的水柱,但是这里只有3米,还有可以支撑7米水柱的压力没有被释放。所以,在这个假设的实验中,A口处有可以支撑9米水柱的压力没有被释放,C口处只有7米,在两个不同的压力下,虹吸管里的水没办法保持静止,所以就从长的那一头流出,也就是压力比较小的那一头,很快从它这边流出的水会比水槽里剩下的水多,直到短的那一头快要离开水面。那么,显然,当虹吸管里面充满液体时,不管怎样,由于两头压力不均衡,液体都会从短的那头流向长的那头。

现在,来看图21,假设在某座山的深处有这样一个洞穴,渗进去的水聚集在这个洞穴,而这个洞穴通过类似虹吸管的裂缝ABC与外界相通;假设,在某个时间,从裂缝流出的水比洞穴吸收的水更多,只要虚线在短的那头的下面,水就不会流出去,直到洞穴里的水再一次没过虚线时,大气压力才会把水从短的那头压出去,等充满整根管后,水就会从长的那头流出去。不过,水流出的速度比注入的速度快,因而水槽的水位就会下降到图中的AG线处,也就是与短的那头的最低点持平。这时候,水会停止流出,短的那头会逐渐离开水面。但是水的注入是源源不断的,很快水位又会上升到B点,喷泉就又开始了,当水位再下降到AG时,又停止,如此这样反复。现在,你们看,间歇泉也不是那么神秘吧。


图21

石灰性的土壤里的水在溶解的时候会有碳酸石灰。如果水再闷一会儿,那么碳酸石灰就会沉积,直到在容器内部形成一种很难弄掉的土质涂层。有时候,喷泉管就会被这种石灰水的水垢堵住。某些喷泉里面充满了石灰,就硬化了,从外面看,会看到水带着某种东西喷出来。克莱蒙费郎地区的圣阿尔妮瑞的喷泉就是这种喷泉。几天之内,鸟巢、水果篮和其他暴露在它喷出的水下的所有东西,外面都裹上了一层很漂亮的石状的外衣。裹上了这层外衣,这些东西就像雕刻家在石头上刻出来的一样。

有些喷泉喷出的水有药物特性。最有名的就是气体喷泉、铁质泉和硫黄泉。第一种喷出带有轻微酸味的碳酸气体,还会像苹果酒或其他的白酒那样冒泡。普鲁士省的海瑟-拿索上的尼德-瑟尔特斯、法国阿利埃河部落的维希都有这种喷泉。铁质泉溶解后,里面包含铁,这种铁有类似墨水的味儿。如果往里面扔些五倍子,马上就会变黑。巴黎附近的森尼-因弗瑞尔斯的福吉斯、比利时的斯帕都有这样的喷泉。最后,硫黄喷泉,就是在它的溶解水里有硫黄混合物在里面。这种硫黄有臭鸡蛋的气味,会把银变黑。

温泉是指那些泉水是温的或热的泉水,位置不同,温度也不同,有些水温甚至达到了水的沸点——100摄氏度。你们已经知温泉的热度来源于地球内部的热量。大部分的温泉也是矿泉;也就是说,它们的溶解质里含有各种各样的矿物质。