柴山下奇特的「硫化湧泉」 可能等不到透徹研究就消失了 | 台灣環境資訊協會-環境資訊中心

柴山下奇特的「硫化湧泉」 可能等不到透徹研究就消失了

2018年06月19日
文:梁世雄(高師大生物科技系教授)、楊娉育(高雄市柴山會總幹事)

為科學引路的老地圖

初看此文,您可能會以為這是一篇文史考據文,其實這篇是與湧泉有關的調查記錄。原本是一個生態調查,卻意外地掉入文史疑雲裡,而證實過程竟演出大驚奇。

話說2013年,高雄市柴山會邀集水域生態與地質專家學者進行柴山湧泉調查,湧泉在地下滲流,調查範圍自然很廣,涵蓋柴山東側與愛河之間。調查之始即清查當年柴山下與湧泉有關的地景的資料,特別是埤塘。當年愛河與柴山東側一帶幾乎就是埤塘遍布,一幅「水水打狗」的地景圖。其中對於日治時期台灣堡圖出現的「硫磺陂」(現已填平)甚感興趣。

1904年〈臺灣堡圖〉內惟聚落周遭環境,龍目井庄為現湧泉調查主要區域,圖右側即出現硫磺陂。資料來源:中研院地理資訊中心)。
1904年〈臺灣堡圖〉內惟聚落周遭環境,龍目井庄為現湧泉調查主要區域,圖右側即出現硫磺陂。資料來源:中研院地理資訊中心)。

高雄有產硫磺嗎?再翻閱高雄其他的老地圖,發現在高雄文史紀錄裡不斷出現以「硫磺」二字命名的紀錄;例如「清乾隆皇輿圖」中,打狗山之南標示的「硫磺水」,其他前清時期老地圖亦出現將愛河水道稱作「硫磺港」,史料昔日以硫磺為名的地方多在柴山與愛河一帶,但找遍打狗所有地方,完全不見有生產硫磺的地方。或者,是跟買賣硫磺有關嗎?但史料中並無發現特別以硫磺為主要交易標的之記載。

因此,開始查閱文史考據資料,意外發現有文史工作者認為的硫磺名稱的起源地點,與湧泉調查計畫其中一個觀察點重疊。

「清乾隆皇輿圖」中打狗老地圖,右下角的硫磺水。出處:高雄地圖樣貌集 高雄市文化局出版。藏圖處:台灣國立故宮博物館。
「清乾隆皇輿圖」中打狗老地圖,右下角的硫磺水。出處:高雄地圖樣貌集 高雄市文化局出版。藏圖處:台灣國立故宮博物館。

柴山湧泉調查計畫,我們選定幾處主要的湧泉點來比較對照出泉狀況(如下圖),其中位於柴山下壽山停車場旁、鼓山中學左側的石頭公水渠段是關注的重點,一來該處即使乾旱程度要進入第二階段限水了,湧泉依然汨汨不絕;二來這裡出現了一種會產生濃烈硫化物氣味的乳白色物質。

起初我們將這乳白色物質當作是污水產生的硫化物。但是,該年8月底的颱風後幾天豪雨,隨著強降雨湧泉量增加,照理大量潔淨湧泉應當會將污染物沖走,但讓人意外的是,白色乳狀物卻不減反增,同時,硫化物氣味更濃烈。至此我們確定,那有著硫化物氣味的乳白色物質,其產生與水質污染無關。


柴山湧泉調查三處比較地點圖(黃色箭頭)。乳白色物質出現點即在石頭公湧泉處。高雄市柴山會製圖。

科學驗證解文史疑雲

在口述歷史調查過程中,從幾位耆老口中得知住民稱呼該乳白色物質為「水泉花」,當時有文史專家認為那是溫泉花。2015年調查團隊進行水泉花採樣,委託高雄師範大學生物科技系進行嚴謹的科學檢驗,運用次世代定序技術進行微生物組成分析。

分析該次檢驗結果,發現水泉花係屬於一種氣味與硫磺接近的硫化物,是由不同的微生物種群聚而成,主要是以細菌為主,古菌和真菌等微生物為輔。此分析結果與網路所稱之溫泉花成因有相當大之出入,其成分不同於硫磺,該處屬於冷泉,與目前經常被提及因地熱而產生的溫泉花成分不同。

石頭公水渠強降雨後湧泉水量增加,硫化物亦隨之大量出現

石頭公水渠底水泉花水中攝影。照片提供:高雄市柴山會。
上圖:石頭公水渠強降雨後湧泉水量增加,硫化物亦隨之大量出現。下圖是石頭公水渠底水泉花水中攝影。照片:高雄市柴山會。

是否,老地圖中以硫磺為名的地名,其命名非因其實物,而是因氣味?此外,那氣味像硫磺、由18個菌門組成的乳白色物質,既然不是溫泉花,那它們是誰?究竟是怎麼產生的?它們有沒有一個專業名稱?為何柴山下湧泉出現處單單只有石頭公水渠才有,甚至,全台灣到目前為止只有這裡有記錄?那麼,其他國家是否有出現類似因湧泉而生的特殊地質景觀?

追著湧泉線索,2017年調查團隊遂追到了美國的佛羅里達州。原來,國際相關科學調查也正在進行,他們給了這樣的地質景觀一個名字:「硫化湧泉」。

奇特的「硫化湧泉」

硫化湧泉(sulphide spring),具有自然發生的硫化氫,是水域系統的一種極端環境。除了南極外,硫化湧泉在世界各大洲均有分布,例如:羅馬尼亞的Movile Cave、義大利的Frasassi Cave 與Grotta de Fiume Coperto、墨西哥的Villa Luz Cave、及美國懷厄明州的Lower Kane Cave、佛羅里達州的Sulfur Spring及德州的Edwards Aquifer。

硫化湧泉主要形式為沼澤、濕地及滲流(例如湧泉)等,水質中之所以含有硫化氫,乃因細菌對地底有機及無機碳源進行無氧代謝後產生。之所以會產生高量穩定的硫化氧目前認為有兩種可能,其一是具有地熱之地質區域,其水中硫的來源與地底火山活動或海底地熱排氣之活動有關。

其次,硫化湧泉也被推論與地底生物化石油脂沉積有關,礦物質豐富的地下水,混合硫化物及遠古有機化合物所提供的碳水化合物,加上缺氧的環境,再經由細菌利用、還原成為硫化氫,在這樣複雜過程中,地下水便含有硫化氫,當含硫地下水從地面流出,便成為散發硫化氫氣味的硫化湧泉。

美國佛羅里達州Sulfur Spring野溪內的泉花。拍攝:梁世雄
美國佛羅里達州Sulfur Spring野溪內的泉花。梁世雄攝。

長久以來,許多微生物學家對於硫化湧泉之含硫水顯示高度興趣,因為其中含有許多與硫循環有關的細菌與古菌。硫相關反應被廣泛運用在農業防疫、工業製程、生物反應、環境維護等,例如電池、火藥、漂白劑、肥料、抗真菌劑等。

高雄柴山山腳石頭公廟附近硫化湧泉,由於未有地熱活動紀錄,目前傾向推測可能是地底累積之化石油料經過細菌的無氧作用後,產生硫化物及硫化氫等氣體。

柴山湧泉生態城區  「硫化湧泉」的未來

就人文意涵而言,「硫化湧泉」會是老地圖中硫磺水、硫磺陂…昔日命名的起源嗎?我們無法百分之百確定,但無論如何的確提供一項合理、科學的考證依據。而不容否認的,「硫化湧泉」的確是一處高雄的特殊人文地景。

就科學而言,硫是一種重要且必須的元素,瞭解硫化物的還原及氧化等循環作用,在人類的工業、農業、生物科技等相關製程與產品的研發和生產,具有高度研究價值與產業應用價值。

柴山下「硫化湧泉」產生的真正原因尚無完整解答,需要從地下水脈、地質成分做完整的調查。然而,目前整體環境對於湧泉是相當不利的,自然也不利於硫化湧泉特殊地景的保存;最讓人憂心的是,可能在一串科學調查尚未正式啟動時,硫化湧泉就不見了!

石頭公水渠現況。連結滯洪池工程完工後,三邊水泥化更加嚴重,不利於湧泉的環境。照片:高雄市柴山會
石頭公水渠現況。連結滯洪池工程完工後,三邊水泥化更加嚴重,不利於湧泉的環境。高雄市柴山會提供。

調查團隊自2013年持續調查至今,可以確認,沒有湧泉,就不會有硫化湧泉,更不會出現這樣特殊的水泉花。因此,如何確保對湧泉友善的環境,關乎「硫化湧泉」這項特殊地景的存續。

「柴山湧泉生態城區」,以湧泉為首,整合生態、水文、文史、產業之整體規劃更顯重要。以棲地復育營造生物多樣環境,更保住湧泉水源;以人文保存的手段來守護湧泉人文,更能延續產業。據此層層建構「柴山湧泉生態城區」的內涵。

「硫化湧泉」,這個高雄特有的人文地質景觀、水環境生態的表徵、深具科學研究與產業運用的價值,可否許它們一個安身立命的應允地,更許高雄一個深化人文、生態、科學的未來。