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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。
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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。
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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。
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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。
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图20
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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。
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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。
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图21
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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。
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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。
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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。
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大地记 第二十二章 大海
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大海!一听到这个词,就会想起海浪的声音,又白又好看的珍珠贝壳,还有潮水拍打着被海草缠绕的海岸。也许,还会想起无边无际的海水,今天像镜子一样平静,像天空一样蓝;明天黑得可怕,而且巨浪此起彼伏,过了一会儿,又溅起冒白色泡沫的浪花,拍打着悬崖。或者不会引起任何联想,因为你从未见过海。那么,让我来告诉你我所知道的和看到的。
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世界上海洋的总面积是陆地总面积的3倍。经过对许多地方的探测得知,海底跟陆地一样,是很不均匀的。有些部位被深处的沟壑切碎,这些沟壑在很深的地方,铅垂都没办法达到;而其他的部分则被山脉环绕,这些山脉的顶峰在海平面上,因而形成岛屿。还有其他地方是很大的平原或宽阔的高原。除去覆盖在它上面的水,它就跟无限延伸的干地没什么两样,自然而然地,由于地下力量的作用,它会在这片干地上形成峡谷,一座座的山脉堆砌在上面。大海,虽然很浩瀚无穷,但是与巨大的地球比起来,不过就是一个小泥潭。地球内部之火对海底产生的作用形成的褶皱,并不会少于在地面所形成的。现在的陆地曾经也是海底的一小块土地。地球外壳的变化,使得陆地露出水面,但是这些变化也可能把它们推回原来的地方,然后从另外一个地方再升起一块陆地。因此,海底的不均匀是和陆地一样的,所以不同地方不同深度的海底肯定是有很大不同的,随着相对应海底的变化,山脉、峡谷、平原和高原也都不尽相同。
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为了测量,我们用一根很长的绳子系着一个铅球,然后把它扔进水里。被展开的绳子显示的就是铅球到达的深度。地中海最深的地方好像在非洲和希腊之间,在还未到达底部时,扔进去的铅垂绳子已经有4到5千米了。在大西洋,还有比这更深的地方。纽芬兰的南边的大浅滩,有8千米深。而在陆地很少的南极,海都非常深,有些地方有14000~15000千米深。在这些海中央的深海处,海浪拍打着海岸的沙滩,可以找到所有中级深度的海,根据海底的特性,有些是很浅的,有些是陡变的。有时候海岸不远处的海会突然变得很深。而有时候海岸不远处的海的深度还很浅,所以要走很远的距离才能到差不多深的地方。在那种情况下,海底就是一个不会消失在水面下的平原,几乎没有什么陡坡。
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海洋的平均深度有6~7千米;如果海洋的底部是像脸盆的底部一样是平的,那么海水在保持表面面积不变的情况下,就有六七千米厚。这样,就可以大概计算出海水的水量,也就是差不多3000万平方米。让我们把这个大数字翻译成文字,这样你们可能就会比较清楚。假设所有的海水都被排掉,假设存在这样一条取之不尽的大川,让它往所有海集合的盆里注水,直到注满为止。如果你觉得可以,我们就把法国最大的河流——罗纳河,假设成这条河。它在里昂每秒钟的流量是600平方米,有时候会增加到4000平方米甚至更多。让我们把它定为是每秒钟5000平方米,假设它是永不停息的。那么,这条河流之王,每分每秒都以最大的流量在流动,经过20年,注入海盆里的水也就只有现在海洋里的水的千分之一。如果你看过罗纳河,你就可以想象出海洋是多么的浩瀚。现在,我现在必须把刚刚说的收回;没有人可以想象得出所有的海洋集合在一起是多么庞大。谁会自以为他能够抓住那惊人的巨大的水体?即使可以,也不过是创造者无穷资源的一滴而已。
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海平面会改变吗?它会上升或下降吗?经常听说它退下去,新陆地就会出现;或者会吞没陆地。海水真的会在某一天退去,然后在第二天又涨上来吗?不是的。
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水位都是统一的,这是静水力学的基本定律。不管它延伸到多远,水体表面没有一个地方是永远在平均水位下面的;只要有平衡,就不会出现这样的情况,由于水的流动性,它会自然而然地回归原来的水位。只有水量的增加或减少才会影响水位的高低。但是要注意,这种上升和下降是受条件限制的,而不是自然的。如果水量不变,而水位发生变化,那肯定是墙壁或底部发生变形,盆地的总容量还是保持不变的。
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自从有历史记载以来,有成千上万个地方的海水水位从未变过。地理书上记载:很久以前,这样那样的暗礁、岩石总是被海水刚好没过。如今还是一样没变。这种测量水位的自然方式告诉我们,至少经过了1400年,海水的总量基本上没改变。这是经过时代见证的一个不争的事实。“他”环绕地球一周,用腰带把海洋围起来,数了海洋里的每一滴水,一滴也不少,一滴也不多。
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如果陆地的形成和海盆的形成没有变化,应该就可以发现所有地方的水位都跟第一次看到的和记录的一样。但是海洋和海盆都经历了很大的变化,陆地和海洋的分界线已经发生了移动。海水退回去的地方,就会露出很大一片海岸,很快这个新形成的海岸上就会长满植物。而海水涨起来的地方,大片的土地,连同建筑、森林和粮食都会被淹没。
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