高中地球科學/地下水

雖然湖泊和河流是可見的水源，但你知道在地球上的幾乎每個地方都有地下水嗎？雖然這可能令人驚訝，但地下的水很常見。它有時會透過泉水和間歇泉冒出水面。我們還使用井將地下水引到地面，以便我們在沒有現成淡水的地點使用這種重要的資源。

課程目標

定義地下水。
解釋含水層的地理位置、用途和重要性。
定義泉水和間歇泉。
描述井的工作原理以及它們的重要性。

地下水

正如您所學到的，地球上的大部分水都存在於海洋中，冰川中也有少量，湖泊和河流中還有更少的水。大氣中也存在一些水，以水蒸氣或雲的形式存在。但是，發現淡水的最常見地方是在地球表面之下，以一種被稱為地下水的形式（圖 13.20）。地表水透過岩石中的微小空間或孔隙滲入地下。但是，在某個點上，它會碰到不再有孔隙的岩石層，這阻止了水向下流動。這種岩石被稱為不透水層，因為水不能再穿過它。地下水的上表面稱為地下水位。當一個地區長時間沒有降雨時，地下水位就會下降。當長時間持續降雨時，地下水位也會上升。對於任何打算挖掘地表或建造井的人來說，瞭解地下水位在地表以下的深度至關重要。因為地下水涉及地球與水的相互作用，所以地下水的研究被稱為水文地質學。

Ground Water table — **圖 13.20**：地下水位於固體表面之下。請注意，地下水位大致反映了陸地表面的坡度。一口井穿透了地下水位。

含水層

可以在含水層（圖 13.21）中找到大量地下水。含水層是能夠容納大量地下水的沉積物或岩石的大區域。當從含水層中抽取的水被水迴圈補充時，含水層可以成為大型、可持續的水資源。但是，一些含水層被過度使用；人們抽取的水量超過了可以補充的水量。隨著水的抽取，地下水位逐漸下降，人們需要花費更多能量從更深的地方抽取水。此外，如果井的深度不足以到達降低的地下水位，一些井可能會完全乾涸。抽乾含水層會導致地面下沉，有時會發生在房屋和其他建築物之下。當沿海含水層被過度使用時，來自海洋的鹽水可能會進入含水層，汙染含水層，使其不太適合飲用和灌溉。

大多數陸地區域在其下方都有一定型別的含水層。含水層可能出現在不同的深度和不同的地理位置。含水層越靠近地表，人類就越有可能使用它。但是，靠近地表也會增加含水層被地表汙染物汙染的可能性，汙染物會隨著水一起滲透多孔岩石。含水層通常不是像洞穴或游泳池那樣的開放空間，而是多孔岩石和沉積物。沉積物或岩石顆粒之間的空間充滿了水。海灘上的溼沙是大多數含水層一致性的一個很好的模型。

奧加拉拉含水層是世界上最大的含水層之一，是美國一個特別重要的淡水來源。它位於美國八個州——南達科他州、內布拉斯加州、懷俄明州、科羅拉多州、堪薩斯州、俄克拉荷馬州、新墨西哥州和德克薩斯州的下方。它的深度從不到一米到數百米不等，覆蓋面積約為 440,000 平方公里！它被人們廣泛用於城市和農業需求。但是，它的補給率只有其使用率的 10% 左右。換句話說，對於人們從含水層中取出的每 100 升水，只有 10 升水被降水自然補充。這種含水層的過度使用在那些依賴含水層的地區造成了政治爭議和糾紛。

泉水和間歇泉

每當地下水遇到地表時，就會形成泉水（圖 13.22）。這是一個地下水出現在地表上的自然點。當來自泉水的水向下流動時，它會形成一條溪流。如果它不向下流動，它可能會被稱為滲漏，並且可能形成一個池塘或湖泊。根據水源，泉水可能是恆定的，也可能只在一年中的特定時間流動。


圖 13.22：密蘇里州的大泉每秒湧出 12,000 升水（左）。其他泉水只是像這個這樣的微型出口（右）。

一些礦物質可能會溶解在地下水中，改變水的味道。即使二氧化碳也會溶解在地下水中，導致水自然碳酸化。這種水有時被稱為“礦泉水”。

地下水可以被地球表面以下的岩漿加熱。被加熱的水會形成溫泉，泉水的水自然很熱（圖 13.23）。一些溫泉被用作天然溫泉，被一些人認為具有治療和精神意義。但是，溫泉也可能很危險。它們的溫度可能非常高，溶解的物質可能是有毒的，病毒和細菌等生物可能會傳播疾病。在進入溫泉之前，請確保溫泉安全。

當被加熱的地下水被困在狹窄的空間中時，壓力會增加，導致水實際上向上噴射。間歇泉是由這種壓力泉形成的。大多數間歇泉不會持續噴發，而是在週期性地噴發，因為壓力在噴發期間會降低，並在噴發後再次增加。老忠實，可能是世界上最著名的間歇泉，因其每 90 分鐘噴發一次的規律週期而得名（圖 13.24）。它的噴發持續幾分鐘，每次噴發都會噴出 15,000 到 30,000 升水。

井

井是透過挖掘或鑽探建立的人工結構，以便到達地下水位以下的地下水。在圖 13.25 中，您可以看到井如何穿透地下水。當地下水位靠近地表時，井可以成為提取水的非常便捷的方法。您可能在海灘上挖沙坑時，挖到看到底部有水池時，已經挖過非常簡單的井。當地下水位遠低於地表時，挖井可能很困難。大多數井使用機動泵將水引到地表，但許多井仍然需要人們使用水桶將水抽上來。

自古以來，井一直是人類重要的水源。顯然，在降水量很少的地方，井對生命至關重要。如果以快於水迴圈補充的速度使用地下水，會導致含水層中的地下水位下降。因此，使用該地下水的井可能會乾涸，因為供給該井的水被用完了。重要的是以能夠自然補充的速度使用水。此外，人類必須注意不要汙染地下水，因為汙染會使人類無法使用水源。

課程總結

地下水，滲入地面的水，是我們最大的可獲得淡水來源。
地下水位形成了飽和帶的頂部，在該區域，沉積物或岩石中的孔隙空間完全充滿水。
含水層是地下儲存地下水的沉積物或岩石區域。
在陡峭地區，當地下水與地表相交時，可能會形成泉水或滲漏。
如果地下水被岩漿加熱，它可能會形成溫泉和間歇泉。
為了獲取地下水資源，人類會鑽井並從地下抽取水。

複習題

什麼是地下水？
什麼是地下水位？
什麼是含水層，它們為什麼如此重要？
補充含水層很重要，因為它使含水層成為可以持續很長時間的資源。你認為有哪些方法可以使水的使用量和補充量保持一致？
地震通常會改變間歇泉噴發的頻率或間歇泉噴發的水量。你認為這是為什麼？
為什麼溫泉可能很危險？
井是如何工作的？
地下水對地球表面的人來說是不可見的。解釋一種監測人類如何影響含水層地下水量的方法。

詞彙

地下水: 存在於地下的水，位於沉積物或岩石的間隙中。不透水岩層位於地下水下方。
溫泉: 一種泉水，其水被岩漿加熱。
水文地質學: 地下水的研究。
不透水: 水無法滲透的物質。
滲漏: 地下水少量上升到地表的地方。滲漏產生的水量不足以形成溪流，但可能會形成小池塘或溼地。
泉水: 地表上的一個點，地下水從那裡冒出來。
地下水位: 地下水的上表面。

需要考慮的點

你認為哪種淡水源會更乾淨：來自河流的水還是來自井的水？為什麼？
為什麼汙染和過度使用自然資源總是令人擔憂？
人們可能會制定哪些政策來保護湖泊和含水層的水位？

← 地表水 · 地球的海洋 →