泉口下方一片灰白色的石头,表面有叶片印痕,踩上去发脆;另一处的白色沉积却硬得敲不动,敲开是致密的玻璃状断口。两者都叫泉华,成分与成因不同,靠反应、硬度和结构就能分开。
滴酸起泡的是钙华,不起泡的是硅华
钙华的主要成分是碳酸钙,滴上稀盐酸会起泡,放出二氧化碳。硅华的主要成分是二氧化硅,遇酸不反应。野外带一小瓶醋也能试,钙华表面会留下细密气泡,硅华表面则毫无动静。
硬度是第二条:钙华硬度约 3,小刀能划出白痕;硅华硬度 5.5–6.5,小刀划不动,敲击声脆。这两条合起来足够分开九成的泉口沉积物,不必等化验结果,这是本文判断。
钙华多孔含植物印痕,硅华致密没有生物构造
钙华是多孔的海绵状、层状或鲕状体,孔洞里有苔藓、藻类、树叶的印痕与中空管,层理厚薄不均,常见 1–10 厘米的薄层。它长得快,能把活着的植物直接包进去。
硅华致密、均一,白到乳白,断口呈贝壳状或瓷状,见不到植物茎叶的印痕。它形成于高温泉口,生物难以存活,沉积物里自然也没有生物构造,这条差别在断面上最好认。
水温决定沉淀哪一种,七十度上下是分界
非晶质硅的溶解度随温度升高而急增。泉水温度高于 70–80 度时,溶解硅含量高,出露冷却后沉淀出硅华;低于 60 度时溶解硅不足,沉淀以碳酸钙为主。
碳酸钙另有一套机制:水一出露,压力降低,二氧化碳逸出,碳酸氢钙变成碳酸钙。水温升高、藻类光合作用消耗二氧化碳,都会加速这个过程。同一泉群上下游出现钙华与硅华并存,说明沿途有冷水混入。
边石坝、钙华台地与钙质胶结层,是三处易混
边石坝是流水在缓坡上形成的一道道弧形小埂,高 5–30 厘米,埂后蓄水成池,成排向上叠成台地。它由钙华构成,但形态是流水塑造的,不是泉口堆积,读成因时要分开。
钙质胶结层出现在土壤与风化壳里,是雨水淋洗碳酸钙在淀积层沉淀的结果,层位平行地面,不含泉水的层状构造。混凝土表面的白色析出物成分也是碳酸钙,但只有 1 毫米上下,敲开是薄壳。
关键数据
下列数值为常见范围,沉积速率随流量与水温变化很大,单点测量误差可达一倍,只作量级参考。
- 钙华硬度约 3,硅华硬度 5.5–6.5
- 钙华遇稀酸起泡,硅华不起泡
- 硅华形成于水温 70–80 度以上的泉口
- 钙华沉积速率 0.1–10 毫米/年
- 钙华单层厚 1–10 厘米,层理不均
- 边石坝高 5–30 厘米,埂后蓄水成池
- 钙华台地剖面厚度可达 0.5–20 米
- 混凝土析出的白色薄壳厚约 1 毫米
边界:钙华会被溶蚀,硅华会被埋藏
钙华在酸性水或富含二氧化碳的水里会重新溶解,老泉口的锥体因此被削平、穿孔,看上去像被破坏过。泉水改道后旧钙华停止生长,表面被黏土与腐殖质覆盖,颜色转灰黑,很容易被当成普通石灰岩。
硅华虽硬,却容易被后期风化与埋藏掩盖,剖面上只见一层白色硬壳。泉华只能证明这里曾有水出露,不能直接读出当时的流量,流量要另找层厚与年龄资料,这是本文判断。
参考文献
- 沈照理 主编.《水文地球化学基础》. 地质出版社, 1993. —— 碳酸钙与二氧化硅的沉淀条件。
- Pentecost A. Travertine. Springer, 2005. —— 钙华的组构与生物作用。
- Hem J D. Study and Interpretation of the Chemical Characteristics of Natural Water. USGS Water-Supply Paper 2254, 1985. —— 泉水的化学沉积。