Evy行旅筆記__足跡。語言。隨想: 【旅。美】走訪奇蹟之地--黃石公園

多年前的舊文了，原本要發科普文章，由於搶先被別人發了一篇類似的文章，後來就沒發表。貼來這邊以資紀念，並感謝張啟偉先生協助繪圖，照片則是2003年至黃石所攝。

在臺灣，溫泉世界有名；地熱資源也被認為是相當有潛力的替代能源，本文想介紹的是兼具溫泉與地熱景觀的黃石公園(Yellowstone National Park)，它是全世界第一座的國家公園，成立於1872年3月1日，位於美國中西部懷俄明州西北方，涵蓋愛達荷州與蒙大拿州，面積約7,980平方公里。

黃石公園同時具有地熱噴湧、河流侵淤、冰河刮積等地質作用所形成的地形現象。其中別具特色的地熱景觀總數超過全球的一半，約有10,000個之多，包括燦爛繽紛的彩色溫泉、間歇泉、泥火山、噴氣孔等，而間歇泉的數量更占全球的2/3，共有300多個間歇泉，堪稱世界之最。人們為了描述這裡的神奇和魔力，遂稱黃石公園為「奇蹟之地」，聯合國教科文組織亦於1978年將黃石公園納入世界遺產(World Heritage)中。本文將針對地熱景觀與河流地形景觀做重點的介紹。

黃石公園地理位置與地質景觀位置圖(張啟偉參考「世界瑰寶之旅國家公園篇─黃石國家公園」圖重繪)

公園西北方的金門(Golden Gate)，當黃昏夕照灑在砂岩峭壁時，呈現出耀眼的金碧輝煌。黃石公園的命名，也是因為這些黃色砂岩而來。

l 地熱景觀

黃石公園的地熱來源與臺灣大不相同。臺灣位於板塊交界的聚合帶上，黃石公園則位於板塊內部的熱點(hot spot)上。熱點是由地函熱對流帶動岩漿或部分熔融的岩石上升至地殼所形成，就像在水壺中沸騰的熱水一樣。有一種觀點認為熱點像是一個由地核上升的岩漿管(圖左側)，另有理論則認為黃石熱點是比較淺層的來源(圖右側)。不論如何，60萬年前激烈爆發的火山及噴發後形成的破火口(caldera)，則是今日公園內各樣地熱景觀的主要成因。地熱景觀中最有名的就是間歇泉與噴泉池。

黃石熱點示意圖

(張啟偉參考http://www.nps.gov/yell/naturescience/hotspottheory.htm官方網站重繪)

Ø 間歇泉盆地 (Upper & Lower Geyser Basin)

當儲存於岩層孔隙中的地下水，受到地熱的持續加溫，沸騰後則成為水蒸氣，因為體積膨脹使得孔隙中的壓力增加，直到壓力超過孔隙可承受的範圍，便從裂縫中噴出，而在地表形成「噴泉」。在噴發後，鄰近區域的地下水又補注到孔隙中，開始另一次重複加熱的過程，構成週而復始的噴發循環。由於熱泉的噴發須經過地下水補注及加熱的過程，因此兩次噴發間會相隔一段時間，而形成所謂的「間歇泉」。有些學者認為間歇泉盆地下的儲水空間，早期係由冰河沉積物堆積，為冰河作用的證據之一。

間歇泉示意圖 (張啟偉參考Earth’s Dynamic Systems一書重繪)

老忠實間歇泉(Old Faithful Geyser)：

老忠實間歇泉雖不是黃石公園內噴發最高或噴發時間最長的噴泉，但它的知名度遠超過其他的間歇泉，乃因它噴發間隔的時間十分穩定，通常可以準確的預測下一次噴發時間，也因此被稱為老忠實間歇泉。現在的老忠實泉約每隔94分鐘噴發一次，每次噴發時間約1.5到5分鐘，噴出14,000~32,000公升水量，水柱可達30~55公尺高。事實上在20多年前，老忠實泉噴發間隔約76分鐘，但隨著年歲漸增，每次噴發的間隔時間也逐步拉長。

噴發中的老忠實泉

水滴夾著熱氣噴至約30公尺高的天空，受到陣風影響，使水氣形成美麗的羽狀水霧。

碉堡間歇泉(Castle Geyser)：

碉堡泉係因噴出口有碳酸鈣與其他種類礦物的沉積，形成有如古城堡般的外形。目前噴發時間可持續20分鐘，以前更長達30~40分鐘，是黃石公園所有間歇泉中噴發水量最多、噴發時間也最長的一個噴泉，水柱可達24公尺高。由於水量大，須要較長的時間進行加熱，使它的噴發週期達11~13小時之久。

河濱間歇泉(Riverside Geyser)

整體規模雖然比較小，但是噴發的時間卻和老大哥碉堡泉十分近似，可持續20分鐘，高度也可達23公尺，噴發間隔約6小時。由於就緊臨在河邊，噴發時水天一色，非常美麗，是比較值得造訪的間歇泉。

很難預測其噴發時間，卻因具有獨特外型而著名的巖洞噴泉(Grotto Geyser)。

間歇泉盆地的噴泉池，由於池水溫度高且含豐富的硫化氫，適合一些特殊細菌在此生活，這些細菌各有不同的色彩，而將噴泉池混染得五彩繽紛。

上噴泉盆地的「曙光之池」(Morning Glory Pool)，她的美麗由內到外呈現藍色、綠色及黃色等色彩，就像是充滿希望的早晨。

下噴泉盆地最著名的大棱鏡泉（Grand Prismatic Spring)，是黃石色彩最豐富的熱池。

Ø 諾瑞斯盆地(Norris Basin)：

這是黃石公園的另一個噴泉區，它擁有許多小型的間歇泉與噴泉池，更擁有世界最高噴發水柱的蒸汽船噴泉(Steamboat Geyser)，噴發高度可達76~116公尺。由於噴發時間難以預測，想要看到它噴發可是十分不容易。

諾瑞斯盆地位在斷層的匯集帶上，斷層交會的環狀帶即為60萬年前遺留下來的黃石破火口所造成，也因此導致此處地熱活動頻繁，且呈現異常的高溫。斷層1：由諾瑞斯到門貿斯的公園道路即沿著斷層鋪設，該斷層由諾瑞斯北方經門貿斯延伸到蒙大拿州的賈第納(Gardiner)。斷層2：赫布根湖斷層(Hebgen Lake Fault)則由蒙大拿州的西黃石之西北方延伸到諾瑞斯，在1959年該斷層錯動時引發的地震規模達芮氏規模7.4。(匯集在Norris的兩條斷層，其一正好就是沿著從Norris到Mammoth的道路延伸。)

廣大的諾瑞斯盆地位於斷層的匯集處，地熱活動頻繁。

Ø 西姆間歇泉盆地(West Thumb Geyser Basin)

西姆間歇泉盆地在黃石湖的湖濱，是全球最大的間歇泉盆地，黃石公園最深的噴泉池也位於此處。此一盆地位在15萬年前火山爆發所形成的破火口，但面積遠小於60萬年前形成的黃石破火口。

(15萬年前形成的破火口比60萬年前形成的小。但60萬年前的大的破火口一部分是現在的黃石湖，並沒有變成間歇泉盆地。所以15萬年前這個破火口形成的間歇泉盆地，是最大的間歇泉盆地，但不是最大的破火口)

西姆盆地的熱源被認為相對較接近地表，估計約只有300公尺深。因為岩漿輸送至接近地表，解壓膨脹而造成環狀的結構，斷裂之後釋放岩漿，形成今日西姆盆地的熱源。

溫泉緊貼在湖岸邊，中間冒著熱氣，周圍卻是冰涼的湖水。

Ø 門貿斯溫泉區(Mammoth Hot Springs)

門貿斯溫泉區雖位在黃石破火口之外，但是熱源與黃石其他地熱區一樣，都來自同樣的岩漿系統。熱水則係由諾瑞斯沿著斷層流過來，因為經過這一狹長的通道，使得諾瑞斯超熱的地下水，在到達門貿斯溫泉區的地表時溫度略微下降。

在地下水緩慢滲流過程中，接觸到來自岩漿庫的二氧化碳，二氧化碳溶於熱水中，形成既熱又酸的溶液，溶解了大量的石灰岩圍岩。當溶液接近地表開放的空氣時，有部分二氧化碳會散逸，使得石灰岩也無法再存於溶液中，而形成固態的石灰華沉澱。當一個出水孔通道被沈澱物阻塞後，泉水會尋找其它出口，長時間後逐漸形成一個個的平台，這就是我們所見到的石灰華階地。階地的繽紛色彩，也是因為受到藻類微生物活動的影響，遂形成了黃、白、褐等豐富的色彩。

石灰華生成二部曲的化學反應式：

熱液上升，二氧化碳及石灰岩溶入：CaCO₃+H₂O+CO₂→Ca(HCO₃)₂

熱液近地表，釋放二氧化碳，沈澱石灰華：Ca(HCO₃)₂→CaCO₃↓+H₂O↑+CO₂↑

新藍泉(New blue spring)，熱泉湧升至地面，形成有如梯田般之地形。由於礦物質與微生物的作用，使多彩的梯田有如「畫家的調色盤」。

2002年的一次地殼變動，使得本區部分的熱泉水源斷絕，死亡的細菌變成灰白色的粉末，殘留在乾枯的溫泉階地上，像一塊一塊的白色方糖所疊成的堡壘。

自由塔(Liberty Cap)，石灰華集中沈澱所形成的另一個特殊地景。

Ø 其他地熱景觀

泥火山：

泥火山位於園區東側的海登峽谷(Hayden Valley)。此處的地下水系統屬暫棲地下水，有限的地熱水與硫化氫氣體作用後產生硫酸溶液，硫酸將週圍的岩石溶解成細小的矽酸鹽類和黏土礦物，再與少量的水混合後於地面形成泥池或泥錐。

泥池裡都是黏滯性很高的泥漿，表面還能看到波浪般的紋路與龜裂。

l 河流地形景觀

Ø 大峽谷：

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黃石大峽谷呈現典型的V型谷，指示峽谷是受河流侵蝕而成而非冰河作用的結果。根據美國地質調查所(USGS)地質學家Ken Pierce之研究，約在14,000至18,000年前的末次冰期，冰堤於黃石湖嘴形成，當冰堤融化破堤，大量的水釋放到下游，產生強烈的水流沖刷，激烈地侵蝕現今的峽谷，而且這種河流快速侵蝕作用是持續重複進行的，才會造成今日的峽谷地形。

下黃石瀑布高差94公尺，是黃石公園落差最高的瀑布

峽谷岩壁的黃色，幾乎都是由氧化鐵風化所呈現出的顏色。

Ø 高塔瀑布：

約在45至50萬年前的火山爆發，使火山灰和火山泥石流掩埋了周遭的山脈及森林，現今高塔瀑布附近常見的柱狀玄武岩、火山角礫岩，以及眾多的火成岩露頭，皆反映本區火山活動的歷史。

黃石河在公園內侵蝕了數百萬年，雕塑出無數尖塔狀的高塔瀑布。

l 其他景觀

Ø 石化木：

樹木受到火山噴發之高溫物質所掩埋，與空氣隔絕而不致於燃燒。經長年累月下來，由於岩漿熱液的換質作用，樹木細胞質的部分逐漸被矽質取代充填而變得十分堅硬，原本樹木的細胞格則保留下來，因此外型仍呈現樹木的模樣。

石化木雖然還保留樹木的外型，但實質上已經是堅硬的石頭了。

Ø 黃石湖：

黃石公園約有10％的面積是水域，其中最主要的水域便是黃石湖。60萬年前黃石激烈的火山爆發所釋放出的火山灰約是聖海倫火山(Mt. St. Helens)的1,000倍，岩漿庫於爆發後坍塌，形成黃石破火口，部分被熔岩流填充，另一部分面積達352平方公里的破火口盆地則在注水後，形成今日廣大遼闊、湖水清澈迷人的黃石湖。