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黄石公园的热泉为什么五颜六色?

(2016-08-15 10:10:06) 下一个

去过黄石公园的人都知道那里很多热泉的颜色像彩虹般丰富多采,知道是什么导致它们如此色彩缤纷吗?(Pic 1)

最近在写黄石公园的游记,简单提到那是因为微生物在特殊条件下生长加上光学作用形成的一种独特现象(博文链接:http://blog.wenxuecity.com/myblog/70732/201608/1212313.html)。

今天来详细与您分享个中原因。如果你留心,热泉的颜色是呈放射状的,通常中心为宝石蓝,然后是绿色,边缘先是黄色,外边为桔黄色,最外边是棕色或紫色。这些耀眼的颜色似乎只能出现在画册或明信片上。(Pic 2,这张来自网络的照片比较典型)

热泉的温度足以烫伤你的皮肤,它的酸度像汽车电池里的液体一样极具腐蚀性。难以想象,在这样的泉水里竟然生长着一群耐热耐酸的微生物,而且兴旺繁荣。你看到的这些不同颜色,就是这些微生物产生的。每一群微生物适应不同的环境条件,如温度和pH(酸碱度)等。

大棱镜热泉(Grand Prismatic Hot Spring)是公园内最大和最具标志性的的热泉,它的不同颜色可以用温度和光线对微生物的影响来解释。下面我们一起来仔细看看。

宝石蓝

热泉的中心为明亮的宝石蓝。泉水中心是地下水的出口,这里的水温最高,高达189F(87C)。由于温度太高,微生物无法生存。因此,这里的水基本上是透明的。泉水中心呈蓝色的原因就像蓝天一样:太阳光射在水的表面,光线发生散射,而蓝光散射的最多,反射到你的眼睛里就是蓝色了。

绿色

热泉水向外扩散,它的温度逐渐下降,这样微生物就可以生长了。介于中心的蓝色和边上的黄色圈是绿色泉水。它是一种过度颜色,一般温度在189-165F之间,这里有少量的蓝绿藻类微生物生长,它们会产生蓝绿色调的色素,另外还可能产生一种黄色的色素(即类胡萝卜素)与蓝色的泉水交映,看上去就是绿色。这有点像绘画里蓝色与黄色的色彩调和产生绿色一样。

黄色

绿色泉水的外围,通常是一个黄色圈,这要感谢学名为聚球藻(Synechococcus)的一种蓝绿藻,黄圈的温度差不多165F(74C),在一般条件下,这些微生物会产生蓝绿色调,它们生产的叶绿素可以进行光合作用,但照射在上面的强烈太阳光会导致这些微生物生产另一种色素,即类葫萝卜素(carotenoids),也就是胡萝卜里含有的东西,它具有“防晒霜”的功能来保护细菌。黄色的类葫萝卜素使这些通常为蓝绿色调微生物看上去像得了“黄疸病”。

橙色

接着黄色圈的是橙色圈,水温更低一些,约149F(65C),不仅有聚球藻,还有同样含叶绿素,进行光合作用的 Chloroflexus 菌在这里生长,它可以产生橙色的胡罗卜素。两种微生物一起导致橙色的菌苔形成。黄石公园除了大棱镜温泉,猛犸地区也可以看到这种现象。

棕色到紫色

在泉水的最外层,温度差不多131F(55C),更多种类的微生物可以在这里生存,这里的颜色通常为棕色或紫色。另一种携带类胡萝卜素的微生物:耐辐射异常球菌导致了这种棕色或紫色。

人类改变了泉水的颜色

根据2015年发表在《应用光学》杂志的一篇报道,科学家设计了一个数学模型来解释温泉的颜色,他们发现水深地方的颜色主要来自于水本身光线的作用(散射,吸收),而水浅的地方,颜色来自于微生物菌苔光的反射,它们的组成主要取决于温度。

他们认为人类可能影响了黄石地热的颜色。例如以前 Morning Glory Pool 的温度相当的高,它的颜色是深蓝色,由于垃圾在此积累,一定程度阻碍了通风,它的温度变低,微生物得以生长繁殖,导致桔黄色的微生物“地毯”(菌苔)形成,使其出现这种迷幻的外观。

所以,我们不要把黄石的温泉美色看作是理所当然,它们依赖于微生物的生命,而微生物的生命依赖于我们人类。

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