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你喝下的這口泉水，來自哪個(ge) 朝代？

當你口渴難耐，來到了一眼泉水邊，或者一口水井旁，咕咚咕咚地開懷暢飲時，你是否想過，這沁人心脾的水，來自哪個(ge) 朝代？

也許是杜甫筆下“隨風潛入夜，潤物細無聲”的那場春雨，也許是蘇東(dong) 坡“竹杖芒鞋輕勝馬”淋過的那場疾雨，也可能是撐著油紙傘(san) 的丁香姑娘漫步在雨巷淋過的那場冷雨。你喝下的這一口泉水，也許經曆了多姿多彩的故事。而這一切，要從(cong) 地表水的下滲開始講起。

圖1：一場春雨過後，農(nong) 田一片生機勃勃

當一場雨來臨(lin) ，雨水降在大地上，大約有60%-80%會(hui) 被植物吸收、在日照下蒸發、在地表麵流走。剩下的部分，則會(hui) 滲入地下，往土壤深處開啟一場探險之旅。而在地表的水開始向地下滲透的那一刻，就是地下水的誕生的日子。它，零歲了。

圖2：大部分雨水在地上被利用，隻有少量會(hui) 滲到地下

我們(men) 所知的土壤，是一種充滿孔隙的物質。在孔隙中，填充著水和空氣。如果孔隙全部被水充滿，那麽(me) 我們(men) 則稱這種土壤是飽和的，如果孔隙中仍留存有空氣，則稱其為(wei) 非飽和的。不同土壤層的含水性也不一樣，有的土壤孔隙多，含有大量的水，水在其中也很容易運動，這樣的一層土，我們(men) 就稱之為(wei) “含水層”，而有的土壤孔隙又小又少，水的含量不多，進入的水也很難“逃脫”，我們(men) 就稱這樣的一層土為(wei) “隔水層”。

而地下水，就是存儲(chu) 在地下岩石和土壤中的水。一般來講，從(cong) 地麵向下，土壤中的水依次增加。淺層的水，孔隙並沒有被水充滿，我們(men) 稱之為(wei) “土壤水”；當到達地下水水麵，土壤的孔隙開始被水充滿，就成為(wei) “潛水”；更深處，夾在兩(liang) 個(ge) 隔水層間的水，因為(wei) 兩(liang) 側(ce) 隔水層的限製而充滿壓力，被稱為(wei) “承壓水”。

圖3：地下含水層示意圖^[1]

泉水和井水等我們(men) 開采利用的地下水，一般來自於(yu) 飽和帶，而水在土壤中一點點運動，到達我們(men) 的水井和泉水的旅途，往往是一個(ge) 漫長的過程。想要知道我們(men) 喝下的水，來自什麽(me) 年代，就需要知道地下水的年齡。

測算地下水年齡的方法，被稱為(wei) 地下水定年。在地下水定年中，最常用的是同位素技術。它根據放射性元素衰變速度恒定的特性，選擇地下水中特定的放射性元素，分別測量衰變前與(yu) 衰變後的放射性元素含量，來計算地下水的年齡。對於(yu) “年輕”的水，就選擇半衰期短的元素，如³H（半衰期12.32年）；對於(yu) “年老”的水，就選擇半衰期長的元素，如¹⁴C（半衰期5730年）。不同元素的測年範圍，一般是其半衰期的8倍。

圖4：不同放射性元素測年範圍^[2]

知道了不同深度的地下水的年齡，就可以研究地下水入滲的過程。不同於(yu) 地麵的浩浩蕩蕩、洶湧澎湃，水向地下的運動往往是慢條斯理，不急不徐。研究其運動，需要有一個(ge) “標記物”，通過標記物的位置的變化，來得到水運動的過程。在上個(ge) 世紀60-70年代，美蘇等主要國家進行了大量核試驗，核爆炸釋放了大量的氚（³H），給那個(ge) 時代的水打下了鮮明的標記。

圖5：氚釋放含量變化圖^[3]

注：TU是氚含量的最小濃度單位，1TU代表在10¹⁸個(ge) H原子中含有一個(ge) ³H原子。

通過測量不同深度地下水的氚含量，繪成圖像，氚含量突然很高的水，就可以認為(wei) 是那個(ge) 時代的水。而用其深度除以時間，就能夠得到其入滲的大致速度。

圖6：內(nei) 蒙古烏(wu) 丹縣地下水氚濃度剖麵圖^[4]

上麵的圖像，是學者們(men) 測量的內(nei) 蒙古烏(wu) 丹縣地下水氚含量剖麵圖。從(cong) 圖像中可以看到，烏(wu) 丹縣1988年的地下水氚濃度峰值位於(yu) 大約650cm處，1997年時氚峰位於(yu) 大約1050cm處，假設1963年這一深度的地下水從(cong) 地麵0 cm處開始下滲，可以計算出它們(men) 每年大約可以下滲26~31厘米，平均每天向地下走不到1毫米。這一速度，是不是比大家想象的要慢的多？

不同的地區，根據氣候條件、地質條件等不同，地下水的入滲速度也各有區別。但從(cong) 上述計算可以得知，地下水的運動速度是很慢的。我們(men) 開采的地下水，往往來自於(yu) 數十米的地下，喝下的每一口清澈甘甜的泉水，都可能來自於(yu) 千百年前，古人所見證的一場雨。它穿越時光，經曆了地下漫長的黑暗，隻為(wei) 給我們(men) 送來一口清甜。在沁潤了我們(men) 心脾的那一刻，它也走完了它精彩的一生。

圖7：降低汙染，留給後代一片綠水青山

如今，水資源短缺和環境汙染問題日益突出。人類的每一點活動，都有可能對地下水造成影響，被記錄在地下水中，就如同數十年前的一場場核爆。“問渠哪得清如許？為(wei) 有源頭活水來。”古人愛護自然，今天的我們(men) 才得以喝上甘甜的泉水。而如今的我們(men) ，也該行動起來，留給後人一片綠水青山。

注：未經標注的圖片，均來自圖蟲創意。

參考文獻

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[2]Clark I . Groundwater geochemistry and isotopes. 2015.

[3]Rozanski K, Froehlich K, Mook W G.Environmental isotopes in the hydrological cycle: principles and applications[J]. 2001

[4]Ruifen Lin,Keqin Wei. Tritium profiles of pore water in the Chinese loess unsaturated zone: Implications for estimation of groundwater recharge[J]. Journal of Hydrology,2005,328(1):

作者：孔佑興(xing)

編輯：萬(wan) 鵬

校對：王海波

美編：盧陽陽

來源：中科院地質地球所

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