高中地球科学/地下水

虽然湖泊和河流是可见的水源，但你知道在地球上的几乎每个地方都有地下水吗？虽然这可能令人惊讶，但地下的水很常见。它有时会通过泉水和间歇泉冒出水面。我们还使用井将地下水引到地面，以便我们在没有现成淡水的地点使用这种重要的资源。

课程目标

定义地下水。
解释含水层的地理位置、用途和重要性。
定义泉水和间歇泉。
描述井的工作原理以及它们的重要性。

地下水

正如您所学到的，地球上的大部分水都存在于海洋中，冰川中也有少量，湖泊和河流中还有更少的水。大气中也存在一些水，以水蒸气或云的形式存在。但是，发现淡水的最常见地方是在地球表面之下，以一种被称为地下水的形式（图 13.20）。地表水通过岩石中的微小空间或孔隙渗入地下。但是，在某个点上，它会碰到不再有孔隙的岩石层，这阻止了水向下流动。这种岩石被称为不透水层，因为水不能再穿过它。地下水的上表面称为地下水位。当一个地区长时间没有降雨时，地下水位就会下降。当长时间持续降雨时，地下水位也会上升。对于任何打算挖掘地表或建造井的人来说，了解地下水位在地表以下的深度至关重要。因为地下水涉及地球与水的相互作用，所以地下水的研究被称为水文地质学。

Ground Water table — **图 13.20**：地下水位于固体表面之下。请注意，地下水位大致反映了陆地表面的坡度。一口井穿透了地下水位。

含水层

可以在含水层（图 13.21）中找到大量地下水。含水层是能够容纳大量地下水的沉积物或岩石的大区域。当从含水层中抽取的水被水循环补充时，含水层可以成为大型、可持续的水资源。但是，一些含水层被过度使用；人们抽取的水量超过了可以补充的水量。随着水的抽取，地下水位逐渐下降，人们需要花费更多能量从更深的地方抽取水。此外，如果井的深度不足以到达降低的地下水位，一些井可能会完全干涸。抽干含水层会导致地面下沉，有时会发生在房屋和其他建筑物之下。当沿海含水层被过度使用时，来自海洋的盐水可能会进入含水层，污染含水层，使其不太适合饮用和灌溉。

大多数陆地区域在其下方都有一定类型的含水层。含水层可能出现在不同的深度和不同的地理位置。含水层越靠近地表，人类就越有可能使用它。但是，靠近地表也会增加含水层被地表污染物污染的可能性，污染物会随着水一起渗透多孔岩石。含水层通常不是像洞穴或游泳池那样的开放空间，而是多孔岩石和沉积物。沉积物或岩石颗粒之间的空间充满了水。海滩上的湿沙是大多数含水层一致性的一个很好的模型。

奥加拉拉含水层是世界上最大的含水层之一，是美国一个特别重要的淡水来源。它位于美国八个州——南达科他州、内布拉斯加州、怀俄明州、科罗拉多州、堪萨斯州、俄克拉荷马州、新墨西哥州和德克萨斯州的下方。它的深度从不到一米到数百米不等，覆盖面积约为 440,000 平方公里！它被人们广泛用于城市和农业需求。但是，它的补给率只有其使用率的 10% 左右。换句话说，对于人们从含水层中取出的每 100 升水，只有 10 升水被降水自然补充。这种含水层的过度使用在那些依赖含水层的地区造成了政治争议和纠纷。

泉水和间歇泉

每当地下水遇到地表时，就会形成泉水（图 13.22）。这是一个地下水出现在地表上的自然点。当来自泉水的水向下流动时，它会形成一条溪流。如果它不向下流动，它可能会被称为渗漏，并且可能形成一个池塘或湖泊。根据水源，泉水可能是恒定的，也可能只在一年中的特定时间流动。


图 13.22：密苏里州的大泉每秒涌出 12,000 升水（左）。其他泉水只是像这个这样的微型出口（右）。

一些矿物质可能会溶解在地下水中，改变水的味道。即使二氧化碳也会溶解在地下水中，导致水自然碳酸化。这种水有时被称为“矿泉水”。

地下水可以被地球表面以下的岩浆加热。被加热的水会形成温泉，泉水的水自然很热（图 13.23）。一些温泉被用作天然温泉，被一些人认为具有治疗和精神意义。但是，温泉也可能很危险。它们的温度可能非常高，溶解的物质可能是有毒的，病毒和细菌等生物可能会传播疾病。在进入温泉之前，请确保温泉安全。

当被加热的地下水被困在狭窄的空间中时，压力会增加，导致水实际上向上喷射。间歇泉是由这种压力泉形成的。大多数间歇泉不会持续喷发，而是在周期性地喷发，因为压力在喷发期间会降低，并在喷发后再次增加。老忠实，可能是世界上最著名的间歇泉，因其每 90 分钟喷发一次的规律周期而得名（图 13.24）。它的喷发持续几分钟，每次喷发都会喷出 15,000 到 30,000 升水。

井

井是通过挖掘或钻探创建的人工结构，以便到达地下水位以下的地下水。在图 13.25 中，您可以看到井如何穿透地下水。当地下水位靠近地表时，井可以成为提取水的非常便捷的方法。您可能在海滩上挖沙坑时，挖到看到底部有水池时，已经挖过非常简单的井。当地下水位远低于地表时，挖井可能很困难。大多数井使用机动泵将水引到地表，但许多井仍然需要人们使用水桶将水抽上来。

自古以来，井一直是人类重要的水源。显然，在降水量很少的地方，井对生命至关重要。如果以快于水循环补充的速度使用地下水，会导致含水层中的地下水位下降。因此，使用该地下水的井可能会干涸，因为供给该井的水被用完了。重要的是以能够自然补充的速度使用水。此外，人类必须注意不要污染地下水，因为污染会使人类无法使用水源。

课程总结

地下水，渗入地面的水，是我们最大的可获得淡水来源。
地下水位形成了饱和带的顶部，在该区域，沉积物或岩石中的孔隙空间完全充满水。
含水层是地下储存地下水的沉积物或岩石区域。
在陡峭地区，当地下水与地表相交时，可能会形成泉水或渗漏。
如果地下水被岩浆加热，它可能会形成温泉和间歇泉。
为了获取地下水资源，人类会钻井并从地下抽取水。

复习题

什么是地下水？
什么是地下水位？
什么是含水层，它们为什么如此重要？
补充含水层很重要，因为它使含水层成为可以持续很长时间的资源。你认为有哪些方法可以使水的使用量和补充量保持一致？
地震通常会改变间歇泉喷发的频率或间歇泉喷发的水量。你认为这是为什么？
为什么温泉可能很危险？
井是如何工作的？
地下水对地球表面的人来说是不可见的。解释一种监测人类如何影响含水层地下水量的方法。

词汇

地下水: 存在于地下的水，位于沉积物或岩石的间隙中。不透水岩层位于地下水下方。
温泉: 一种泉水，其水被岩浆加热。
水文地质学: 地下水的研究。
不透水: 水无法渗透的物质。
渗漏: 地下水少量上升到地表的地方。渗漏产生的水量不足以形成溪流，但可能会形成小池塘或湿地。
泉水: 地表上的一个点，地下水从那里冒出来。
地下水位: 地下水的上表面。

需要考虑的点

你认为哪种淡水源会更干净：来自河流的水还是来自井的水？为什么？
为什么污染和过度使用自然资源总是令人担忧？
人们可能会制定哪些政策来保护湖泊和含水层的水位？

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