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长白山天池最让人吃惊的,不只是它位于两千多米高的火山口,而是早期研究中出现的一组巨大差值。
按照当时采用的水量数据,天池流域一年接收的降水约为4300万立方米,可从天池出口排出的水平均达到1.23亿立方米,前后相差约8000万立方米,换算下来就是约8000万吨水。
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更特别的是,天池没有一条常年可见的大河从地表流进去,湖水却能从北侧缺口不断外溢,形成乘槎河和长白瀑布。
天池水面海拔2189.1米,最深处达到373米,总蓄水量约20亿立方米,这么大的高山湖泊长期保持水位,单靠湖面上方落下来的雨雪,确实难以把所有数据解释清楚。
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早些年,研究人员先把目光放在天池周边。长白山降水不少,冬季积雪时间也长,雨水和融雪能够沿岩石裂隙渗入地下,再进入火山口湖,这是最直接的补给方式。
问题在于,按照当时划定的集水范围计算,附近雨雪仍然填不上这个缺口。蒸发量还没有完全算进去,差值就已经达到8000万立方米,于是“天池还有外来地下水补给”的判断逐渐进入研究视野。
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河海大学陈建生团队提出,天池地下水可能与青藏高原的冰川融水和降水有关。
主要线索是天池所在区域长期存在水量不平衡,天池海拔较高,而部分地下水的氢氧同位素特征与当地降水不完全一致,却与青藏高原部分河流、湖泊水体较为接近。
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这套理论认为,青藏高原内流区有大量水通过裂谷和深大断裂向地下渗漏,再沿构造通道进行远距离深循环。
长白山属于火山地区,岩层中分布着断裂、孔隙和熔岩冷却形成的导水结构,深层地下水有可能沿这些位置向上排泄,进入天池及周边泉群。
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地下水并不完全受地表河流边界限制,只要存在连通的断裂系统,就可能跨过地表分水岭进行长距离运移。
也正因为如此,青藏高原与长白山之间相隔数千公里,并没有让这一理论一开始就被排除。
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2021年发表在《Geology》上的研究,为青藏高原确实存在大量“漏失水”提供了新证据。
研究团队发现,羌塘盆地每年可能有约540亿立方米水量无法在地表水循环中得到解释,南北向裂谷下方的断裂可能是地下水外泄通道。
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不过,这项研究能说明青藏高原的水可能大量进入地下,却不能直接证明其中一部分最终到达长白山天池。
目前还没有对某一股地下水进行全程追踪,也没有找到一条能够被完整绘制出来的连续地下通道。
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所以,“天池的水来自青藏高原”目前更准确的说法,是有水量平衡、地质构造和同位素线索支持的一种科学假说,而不是已经彻底坐实的结论。
把“可能”两个字留下,反而更尊重研究本身,也能避免把复杂的地下水系统说得过于简单。
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更值得关注的是,2023年《地理科学》刊发的一项研究又给出了不同解释。
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落在天池外围较高山体上的雨雪,虽然没有沿地表河流直接进入湖中,却可能先渗入地下,再沿断裂进入天池。
该研究计算认为,分水岭外侧一定范围内的大气降水,可以维持天池每年约3600万立方米的排泄量。
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这也解释了为什么不同研究会得出差距很大的数字。采用年份、降水资料、径流数据和集水边界不同,最后算出的“缺水量”都会变化,所谓每年8000万吨来历不明,并不是从湖中直接量出的陌生水,而是早期模型中的计算差额。
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科学研究出现不同答案并不是坏事。早期研究发现水量不平衡,推动专家寻找深循环地下水。
后来的长期监测又发现,过去划定的集水区可能偏小,天池附近地下断裂能够把外围降水带进来,认识也就随着数据不断修正。
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真正有价值的地方,是研究让人重新认识到,天池并非只接受湖面范围内的降水。上方雨雪、外围山体、地下断裂、火山岩层、温泉和矿泉共同参与水循环,肉眼看到的湖面只是整个系统的一部分。
弄清天池水源,也不只是满足好奇心。当地降水补给占多少,深层地下水占多少,水在地下停留多久,都会影响天池水位变化、瀑布流量、矿泉资源、生态保护和气候变化下的水资源判断。
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值得肯定的是,研究人员没有把“8000万吨”当成固定答案,而是继续布设监测、核对数据、分析同位素和断裂构造。可靠的科学结论,本来就需要在不同团队、不同年份和不同方法之间反复验证。
眼下更稳妥的结论是,天池的水由大气降水、融雪和地下水共同补给,地下水所占比例不可忽视。
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至于深层水是否有一部分来自青藏高原,目前存在支持线索,也存在能够用长白山本地降水解释的新研究,最终答案还需要更多长期观测和直接证据。
天池的神秘没有因此减少,反而多了一层真实的吸引力。人们看到的不只是一个8000万吨的惊人数字,还有科学家怎样从水量差值出发,不断修正计算范围,逐步接近地下水循环的真实过程。
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