钙华——那是从地下浸开的花儿

作者：一只鱼 来源：中科院地质地球所

那是从地下浸开的花儿

厌倦了挤在人山人海中去欣赏如烟般的烂漫春花？不必失落，最绚丽的花朵其实就绽开在自由的大地，一年四季。比如，那童话故事般梦幻的土耳其棉花堡，还有色彩斑斓的四川黄龙五彩池，还有还有……它们都像是从地壳里绽出的花朵，开在山间，开在田野。但其实，这些都是同一类地质现象，也就是今天要介绍的对象——钙华。地质学意义下的名字就是如此直抵实质，它不是精华，却胜似精华。

童话般的土耳其棉花堡（Pamukkale）

当温泉顺山坡流淌时，石灰质沿途沉积，久而久之便形成一片片阶梯状的钙化堤。温泉水汇成一个个的天然池，大大小小，成层叠状下降，从高低不同的地方闪烁着万千波光，景色非常奇特。这里的水温终年保持在36到38摄氏度，富含钙、镁等矿物质，对某些病症有着一定疗效。

Pamukkale

钙华，是泉华的一种。而泉华，实际就是一种沉积物（简单粗暴版解释）。地热流体与深部宿主岩体和通道围岩相互作用的产物在向地表上行的过程中，因温度、压力等条件改变生成化学沉积，就是泉华。其中，最为常见的沉淀物成分以CaCO3为主的就是钙华。除此之外还有硅华、硫华、盐华等。泉华不仅能反映泉水的化学成分，而且能带出水热系统深部和上行通道的重要信息。

1 钙华成因

陆地上富含钙离子和碳酸氢根离子的水（如泉水、表溪流、湖水等）因水中CO2的消耗（主要是CO2从水中逸出或水中光合作用消耗CO2），或水的蒸发，导致水溶液发生碳酸钙过饱和而发生沉淀。通常，钙华的形成受到了气候、地质地貌、水动力条件和生物等多种因素影响。例如，某些水生植物能够通过光合作用吸收CO2而促使碳酸钙沉积。一些苔藓、藻类能为晶体生长提供垫面和成核位置，或是促进晶体的捕捉和黏附。（关于钙华成因，可以回顾本站往期文章《图说地球 泉华》、《天天学普地 地下水的搬运和沉积作用》）

举个实例，在我国青藏高原上分布着大量钙华，包括热成因、大气成因和湖成钙华等，其中热成因钙华分布最为广泛。青藏高原地处喜马拉雅大型地热带，出露了许多地热泉。这些地热泉主要沿几条大型南-北向裂谷（如亚东-谷露裂谷）系统分布。高原上热成因钙华主要形成于流经碳酸盐岩地层的地热水，如在拉萨地块和特提斯喜马拉雅地区，这两个地区广泛分布着奥陶纪（4.85亿年前）至始新世（5600万年前）的石灰岩。沿深部断裂循环的地下水携载了大量来自地幔岩浆或岩石变质脱碳作用产生的CO2，在高温高压条件下强烈地溶解周围碳酸盐岩，致使地热水大量富集Ca2+和HCO3，HCO3浓度高达10~20mmol/L。由于水中的CO2分压远远高于空气，故地热水在地表出露后很容易发生CO2脱气，使得水中碳酸钙高度过饱和而生成大量钙华。

四川黄龙

黄龙公园争艳池

黄龙中寺

黄龙钙华池近观

黄龙位于四川省阿坝藏族羌族自治州松潘县境内，毗邻九寨沟。风景区由黄龙景区和牟尼沟景区两部分组成。地表钙华是黄龙景观的最大特色，主要景观集中于长约3.6公里的黄龙沟。在300平方公里的范围内，遍布碳酸钙华沉积，并呈梯田状排列，仿佛是一条金色巨龙，不仅如此，沿线还伴有彩池、滩流、雪山、峡谷、原始森林等美景。

2 钙华分布

钙华广泛分布于陆地环境中，但主要分布在有大量降水和年均温度较高的石灰岩地区。在一些干旱地区，如埃及西部沙漠地区和埃塞俄比亚高原，也分布有更新世湿润气候阶段沉积的钙华。热成因钙华主要分布在构造活动强烈的地区，如意大利中部和土耳其西部的伸展构造活动带，或火山活动区如美国黄石。

我国大气成因钙华主要出现在温暖湿润的南方地区，如广西、贵州、四川和云南等地，而在寒冷和干旱的北方地区较少；热成因钙华主要出现在构造活动强烈的地区，如青藏高原、滇西和川西等地。

青藏高原东部边缘的钙华分布自北东向南西成带状分布，沿线钙华点有神仙池、黄龙、牟尼沟、玉龙溪、白水台等，都是闻名遐迩的地质旅游景观，其中，以云南白水台和四川黄龙钙华较为著名，白水台素有“仙人梯田”的称誉，黄龙钙华则被誉为“圣地仙境，人间瑶池”。

云南白地村白水台

白水台的钙华

白地村俯瞰

3 世界各地钙华梯田欣赏

钙华形成“天然梯田”是一个非常复杂的过程。在喀斯特地区，由于岩石裂隙较多，因此常有各种冷泉或热泉伴生其间，这些泉水中含有大量以碳酸氢钙形式存在的可溶性钙离子。当泉水从泉眼汩汩而出，沿着有一定梯度的斜坡倾泻下来，在遇到地面上各种微小的突起所形成的阻隔时，水流会加快，而水体会同时变薄，在这种情况下，同等体积水体接触空气的面积就会增加，从而形成专业术语中的“薄水”概念。

由于增加了与空气的接触面积，水中的二氧化碳便会脱离泉水而弥散进空气中，这时，失去了二氧化碳的碳酸氢钙就变成了不溶于水的碳酸钙，就地沉积下来，随着时间的推移，逐渐形成了第一道拦水坝——边石坝。当泉水越过这道边石坝，流向下一个地面突起的时候，这个“筑坝”流程又会再次呈现，周而复始，便形成了我们看到的逐级展开的“天然梯田”。

世界上著名的钙华梯田还有危地马拉的Semuc Champey，伊朗马赞德兰省的阶梯泉（Badab-e Surt），意大利托斯卡纳的菲利波（Bagni San Filippo），克罗地亚十六湖国家公园（Plitvice National Park），以及四川的九寨沟等。

这些闻名于世的钙华景观，不论称其为梯田也好，名之为阶地也罢，其所在区域往往都会成为令人神往的自然风景区。

猛犸温泉（Mammoth Hot Springs）

美国黄石国家公园猛犸象温泉（Mammoth Hot Springs）的钙华景观在世界游客心目中的地位也不可小觑，是世界上已探明的最大的碳酸盐沉积温泉。其景观以石灰石台阶为主，也称热台阶区，可分为上台地（Upper Terraces）和下台地（Lower Terraces）。猛犸象温泉群非常密集，结果形成一块面积巨大的溶岩高台，在这块高台上新老温泉交替地以年为时间单位此起彼伏，远远望去堆金积玉、晶莹剔透，留下的热泉沿着山坡形成一个个非常漂亮的五彩钙华大台阶。

猛犸温泉钙华远观

猛犸象温泉所形成的雪白及暗黄台阶。平台中沉积的泉水，受到藻类微生物活动的影响，遂形成了黄、白、褐等色，层层堆栈就形成钙华梯田。

猛犸温泉钙华台阶

九寨沟五彩池

根据生长在表面的微生物群落的不同，钙华会呈现出不同的颜色，搭配上周围植物的缤纷色彩，可以幻化出一个极为绚烂的世界。

冰雪掩映的五彩池

伊朗马赞德兰省的钙华

（Badab-e Surt ，in Mazandaran Province in northern Iran）

钙华体的颜色十分多样，一般冷水钙华颜色与环境中的生物种类、生物生长情况有关，通常成黄、淡黄、乳黄色等，而热水钙华年层颜色的变化据推测与掺和的杂质有关，降水量较大时水土流失会引入土壤颗粒及有机碎屑等杂质使钙华年层颜色较深，而降水量较小时钙华体则更多呈现其本来的白、灰白或乳白色。

墨西哥瓦哈卡的沸水石

（Hierve el Agua in Oaxaca，Mexico）

Hierve el Agua西班牙语的意思为“沸水”

墨西哥的沸水石瀑

这里有两座石化瀑布，分别是50米和90米高。虽说叫作瀑布，但这都是由千万年来富含矿物的泉水从悬崖上滴落下来，沉积下来的矿物沉淀，看起来就好似凝固的瀑布一般。

在一座瀑布的顶端看另一座瀑布，从后的小路一直延伸到对面那座瀑布的顶端，站在那里大概有一种人生巅峰的成就感吧。千万年的时光，在泉水枯竭的那一瞬间，就永远定格了下来。（来自网友游记点评《墨西哥18天环游自驾游记》）

Hierve el Agua

瀑布顶端有很多天然或人工形成的“温泉”，虽说叫作滚水石，但是温度却仍然是挺凉的，整个身子直接浸到水里冻得直打哆嗦。（来自网友游记点评《墨西哥18天环游自驾游记》）

危地马拉Semuc Champey

危地马拉的Semuc Champey与九寨沟五彩池最大的区别可能就是在这里人们能跳进水中嬉戏了。

4 不单有颜，还有“学问”

钙华，不仅具有景观价值，而且具有重要的的科研价值。例如，青藏高原钙华的形成主要与高原内部的热水活动有关，而热水活动则受控于印度大陆碰撞俯冲所引起的伸展作用和区域大断裂的走滑拉分作用。钙华不仅记录高原的古气候学信息，同时也是区内大多数盐湖矿床成矿过程记录。云南白水台钙华，其研究在揭示高分辨率（可达年、季尺度）的季风降水变化方面有很大潜力，有利于揭露持续时间短的极端气候事件。

在那些仰望却不见星空的时间里，也别忘了俯瞰脚下的土地。钙华之美，也许只是自然不经意间留下的痕迹，毕竟细细思索之下，地球从不匮乏赠予人类奇妙与瑰丽。

（文中图片均来自维基百科）

参考文献

[1] 汪智军等，钙华在第四纪研究中的应用：以青藏高原为例 科学通报 2018 ，63（11）

[2] 高竞，地下热水钙华沉积的水化学影响因素和热水钙华微层的气候环境指示意义[D]， 北京：中国地质大学，2013

[3] 中国国家地理 2018年第12期

[4] 牛新生等，青藏高原钙华沉积属性特征及其地质意义 科技导报 2017，35（6）

[5] 伊然 钙华梯田——瑰丽的自然奇观 地质奇观 2018年第4期