黄石国家公园每年都会经历大量的降雨和降雪，通常在冬季和春季。虽然大部分水最终会流入周围的河流，但其中一些会渗入地下，最终流入温泉和其他地热特征。
水如何到达这些地热特征的方式各不相同。美国地质调查局 (USGS) 的一项新研究发表在《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》上，通过分析水的“指纹”，研究了黄石公园地下水的流动以及水到达地热特征所需的时间。
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黄石公园的水是如何流动的
所有水分子都由两个氢原子和一个氧原子组成。但这些原子可以有不同水平的同位素。这意味着原子具有相同的质子数，但中子数不同，这可能导致原子具有不同的原子质量。
这有什么关系呢？这些原子质量的差异很容易在实验室中测量。利用这些测量结果和一种称为指纹识别的过程，研究人员就可以追踪水如何以及在哪里通过地下流动。
追踪地下水
在这项最新研究中，USGS 研究人员从公园周围的水库采集了水样，包括雪、温泉和河流。从这些样品中，研究团队识别了氢原子和氧原子的同位素。他们还确定了氚的浓度，氚是一种稀有且放射性的氢同位素。
氚不能通过皮肤吸收，除非大量摄入，否则不会造成过大伤害。由于氚会放射性衰变，其浓度，尤其是在水中，会随着时间推移而降低。这使得它对于确定水何时渗入地下特别有用。
USGS 研究团队利用从水样中收集的信息，精确确定了特定地热特征中水的来源，并估算了水到达该地热特征所需的时间。
地下水流
研究结果发现，温泉水主要通过渗透性凝灰岩单元（压实的火山灰）补充。大部分水位于火山高原沿线以及黄石火山口边缘。
上、下间歇泉盆地的地下水流经流纹岩单元，这些单元比火山口边缘附近的温泉流更古老、更深。
研究小组指出，从雨水或雪中收集的样品具有不同的同位素水平，并且变化频繁，这与温泉中的同位素不同，后者通常保持不变。
最后，研究小组发现，中部间歇泉盆地的水是在 20 世纪 50 年代和 60 年代核武器试验之前的已有水中补给的。在此期间，大气中的氚浓度较高。与中部间歇泉盆地的老忠实泉等地热特征相比，火山口边缘的地热特征中的氚含量更高。
结果表明，流速较快的地下水会进入火山口边缘，而流速较慢的地下水最终会进入中部间歇泉盆地。
研究作者还指出，这些发现表明，公园下方的水量比之前认为的要多，而且水到达地表可能需要数十年。
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文章来源
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- USGS。黄石公园的温泉水是如何来自雪和雨的？
- Geochemistry, Geophysics, Geosystems。《美国黄石高原火山区的地热系统的稳定氢（δ2H）和氧（δ18O）同位素以及氚（3H）的系统学》
- USGS。Irving Friedman 提出了黄石公园岩浆地热全球水循环的先驱
