地温场与大地热流 [变温的大地]

　　 　　 　　本溪市桓仁满族自治县位于辽宁省东部边缘，距离沈阳170多公里。这里依山傍水，景色别致，颇具几分江南的味道。除了令人陶醉的美景，这里原本再无什么特别之处，而传说中一座四季反置的小屋的出现，打破了村野的宁静。人们纷至沓来，试图寻找那座神秘的小屋。
　　李志新，辽宁省科技学院教授，长期从事本溪市地质研究工作。
　　盛夏季节，《地理·中国》摄制组跟随李志新教授前往本溪市桓仁县，开始了破解四季颠倒之谜的地质考察。
　　这里的异常温度现象真的如传说中那样神秘莫测吗？
　　中午时分，考察队在当地人的指引下，走进一片树林，一天中最炽烈的阳光让大家焦灼难熬。很快，大家看到了不远处的那座小屋。
　　人们追着凉气，走到这座小屋前。不料，小屋的门上挂着锁，挡住了考察队的步伐。门上方“玉寒宫”的字样更增添了小屋的神秘。这时，李志新教授将注意力转移到了小屋旁边的石墙上。（图1）
　　石墙上满是苔藓。苔藓类植物喜欢阴暗潮湿的环境，一般生长在潮湿的森林和沼泽地。它们怎么会出现在太阳直射的石墙上呢？这墙里面隐藏着什么秘密吗？
　　墙壁很冷，打火机能反应出里面有冷风吹出。
　　李志新测量了墙缝里的温度，此时地面温度已高达48摄氏度，而阳光直射的墙壁，温度只有8.8℃，与不远处地面的温差竟然相差近40℃。是什么力量让这温度在同样的光照下如此悬殊？小屋里面又会是什么样的情况呢？人们对这座神秘的小屋充满了好奇。考察队迫不及待地来到小屋后面的村庄，找到了小屋的主人。
　　当主人将小屋的两道门打开时，一股刺骨的冷气扑面而来，令人猝不及防。
　　小屋四周的墙上竟然挂有长达一米多的冰柱！这对于刚刚在外面热得满头大汗的考察队成员来说，简直不可思议。这座神秘的小屋就像一座大冰箱。究竟是什么原因创造了这样的奇迹？（图2）
　　李志新发现，在小屋房梁上有许多霜花，石缝中不时有水珠滴下来，经过观察，李志新判断，靠山的一面墙温度最低，结冰现象也最严重，冷气会不会是从后面的山里渗透出来的呢？（图3）
　　北墙上的冰碴随处可见，它们像是从石缝中生长出来的一样，而成冰的水看起来像是从山里流出来的。这是一座什么样的山呢？
　　小屋主人告诉考察队，山上在夏季没有任何异常，反而会在冬季里奇怪地冒热气。
　　1991年冬天，科学家在距此100多米的山上进行过一次考察工作。考察队在当地电视台寻找到一段视频资料。从画面上看，周围都是白雪皑皑的场面，只有距离小屋100米的地方冒着滚滚的热气，缤纷的树挂在枝头绽放，当人们将表面的积雪扒开的时候，竟然看到地上生长的绿草生机盎然，而且这里的土壤十分松软，丝毫没有像其他地方冬季那样土壤被冻硬。（图4、5、）
　　当时的气温在零下23℃，科学家们在方圆200米的范围内，实测了27个地温数据，其中最热点的温度为13.6℃，相当于正常情况下当地五月中旬的气温，这个热点和周围的温度差了36℃。
　　1993年，《人民日报》等媒体曾报道过本溪市桓仁县的这种冷热异常现象，当时推测其原因是氨的气化液化。据说，科学家对当地土壤采样发现氨超标，于是推测这里冷热倒置的原因是氨的气化和液化过程导致的。氨的沸点很低，非常容易转换状态。
　　美国科幻电影《终结者2》中，机器人终结者与液体机器人之间上演了一系列惊心动魄的搏斗，最后，一辆装满液态氨的运输卡车在激战中泄露，造成周围温度急剧下降，液体机器人终于在极寒状态下瓦解了。是不是氨的液化和气化过程形成了这种特殊的地温异常现象呢？
　　如果有一个空间存储着处于临界状态的液态氨，当夏季温度升高时，地壳表层受热膨胀减小了对地层深处的压力，致使液态氨逐渐气化，气化过程中它需要热量，就通过地下的空隙把小屋的热量吸走了，于是就在墙上形成冰柱。
　　同样的道理，当天气变冷的时候，地壳表层受冷收缩而加大了对地层深处存有气态氨的这个空间的压力，使气态氨逐渐液化，液化的过程中释放热量，这样冬天的热气就会在屋后的山坡上冒出来，形成冬天的热点。
　　李志新教授说，如果是由于氨的汽化和液化造成的，在一点上，夏天凉，冬天热，用氨来解释看似合理。20年前，我对氨超标这个问题，持怀疑态度。20年后的今天，我重点考虑氨是不是还在超标。
　　为了做到检测结果准确无误，李志新找到桓仁县环卫检测站的工作人员，他们带着仪器来采样检测。李志新认为：虽然夏天小屋结冰现象严重，但是冬天这里依然有冰，并不像一百多米外的热点那样冒热气。如果是氨的气化液化原因，那么冷热点应该重叠，因为空间密闭，相隔一百多米的地方不该有热点出现。
　　对于李志新的质疑，科学的验证是最好的方法。在采集了土壤样本之后，工作人员在小屋附近进行了采集空气的工作。同时，在神秘小屋里也进行了同样的采集工作。
　　接下来，工作人员在实验室分别对采集的土壤和空气进行了检测。没有发现氨超标，也没有检测出任何其他元素的异常。
　　李志新说，没检出氨说明这里面制冷不是氨气化，不是由于它吸热形成的冰。
　　氨超标的原因被否认了。李志新说，当年检测出的氨超标很有可能是农民使用的化肥造成的。如今，这里已经退耕还林，不再耕种庄稼，自然没有氨超标的问题。考察再次陷入僵局。就在这时，一位老乡说，绕过河还有一处地方也有这种现象。
　　考察队决定坐船去浑江对面继续寻找自然状态下的地温异常点。
　　热心的船夫孙师傅告诉考察队，他在这里生活了30多年，可以帮忙寻找那块传说中的漏风地。考察队渡过浑江立刻乘坐船夫借来的农用车赶赴神秘的漏风地。
　　穿过一条小河，船夫孙师傅带着考察队来到宽甸县石门坎村一片乱石堆成的小山上。
　　突然，孙师傅惊呼他找到了冰。
　　高温中，在只有10厘米厚的碎石下就是冰层。这一现象比那个不见阳光的小屋更让人瞠目结舌。（图6）
　　冷风猛烈的程度从火苗的变化可见一斑。看来，地温异常的原因不是因为某个密闭空间里任何物质的状态变化，而是碎石的空隙成为传递温度的通道，而控制温度的正是冰冻层。
　　
　　
　　经过考察，专家发现，碎石铺成的小山坡上普遍存在着这种地温异常现象，不仅如此，考察队还在周边发现了4处地温异常点，形成了一条长5000米，宽2000米呈北东方向的地温异常带，它们的共同特点是同时存在倒石堆和土壤层。（图7）
　　在这里，严冬结成冰冻层，天气变暖时，由于土壤层的隔热作用，下面的冰冻层不能及时溶化，即使到了夏季仍不能完全解冻。当有地表水渗入冰冻层时它要吸收地表水的热量才能进一步解冻，而被吸收了热量的地表水就会在它的周围形成新的冰层。直到深秋冰冻层才渐渐化透，但很快冬天又来了，又开始结冰，在结冰的同时释放出的热量顺着石头缝冒出，由于向上冒的热气在裸露的碎石堆的孔隙处冒出来，所以形成了冬天的热点。
　　李志新教授认为，这种现象相当于北方人冬天吃冻梨，冻梨放在凉水中，十几分钟以后，梨的表面都是冰，把冰去掉后，梨是软和的，它内部融化了，融化的过程它吸收水的热量，特别是梨表面的热量，所以梨表面结冰了。这个道理可以解释桓仁县冷点的成因。
　　这种地温异常除了本溪市桓仁县等地特殊的气候条件外，还要有保温又透气的碎石堆和土壤层。只有这些因素集中起来，才能形成季节颠倒的异常现象。