The Water Cycle  USGS Water Science SchoolSearch...   Search

New!

Water cycle forkids poster.

 Back to previous page

Springs  The Water Cycle

What is a spring?A springis awaterresourceformed when the side of a hill, a valleybottom or other excavation intersects aflowing body of groundwater at or belowthe local water table, below which thesubsurface material is saturated withwater. A spring is the result of an aquiferbeing filled to the point that the wateroverflows onto the land surface. Theyrange in size from intermittent seeps,which flow only after much rain, to hugepools flowing hundreds of millions ofgallons daily.

Springs are not limited to the Earth'ssurface, though. Recently, scientists have discovered hot springs at depths of up to 2.5kilometers in the oceans, generally along midocean rifts (spreading ridges). The hot water(over 300 degrees Celsius) coming from these springs is also rich in minerals and sulfur,which results in a unique ecosystem where unusual and exotic sea life seems to thrive.

How are springs formed?Springs may beformed in any sortof rock. Smallones are found inmany places. InMissouri, thelargest springs areformed inlimestone anddolomite in thekarst topographyof the Ozarks.Both dolomite andlimestone fracturerelatively easily.When weakcarbonic acid(formed byrainwater percolating through organic matter in the soil) enters these fractures it dissolvesbedrock. When it reaches a horizontal crack or a layer of nondissolving rock such assandstone or shale, it begins to cut sideways. As the process continues, the water hollows

out more rock, eventually admitting an airspace, at which point the spring stream can beconsidered a cave. This process is supposed to take tens to hundreds of thousands of yearsto complete.

Water flow from springsThe amount of water that flows from springsdepends on many factors, including the size ofthe caverns within the rocks, the waterpressure in the aquifer, the size of the springbasin, and the amount of rainfall. Humanactivities also can influence the volume ofwater that discharges from a springgroundwater withdrawals in an area can causewater levels in the aquifer system to drop andultimately decreasing the flow from the spring.Most people probably think of a spring as beinglike a pool of water—and normally that is thecase. But, as this picture of the wall of theGrand Canyon in Arizona, USA shows, springscan occur when geologic, hydrologic, or humanforces cut into the underground layers of soiland rock where water is in movement.

Spring water is not always clearWater from springs usually is remarkablyclear. Water from some springs, however,may be "teacolored." This picture shows anatural spring in southwestern Colorado. Itsred iron coloring and metals enrichment arecaused by groundwater coming in contactwith naturally occurring minerals present asa result of ancient volcanic activity in thearea. In Florida, many surface waterscontain natural tannic acids from organicmaterial in subsurface rocks, and the colorfrom these streams can appear in springs. Ifsurface water enters the aquifer near aspring, the water can move quickly throughthe aquifer and discharge at the spring vent.

This water is cold and clear—is it fit to drink?The quality of the water in the local groundwater system will generally determine thequality of spring water. The quality of water discharged by springs can vary greatly becauseof factors such as the quality of the water that recharges the aquifer and the type of rockswith which the groundwater is in contact. The rate of flow and the length of the flowpaththrough the aquifer affects the amount of time the water is in contact with the rock, andthus, the amount of minerals that the water can dissolve. The quality of the water also canbe affected by the mixing of freshwater with pockets of ancient seawater in the aquifer orwith modern seawater along an ocean coast.

So, should you feel confident about whipping outyour canteen and filling it with cool and refreshingspring water? No, you should be cautious. Thetemperature of an Ozark spring comes from itspassing through rock at a mean annual temperatureof 56 degrees Farenheit. The water is crudelyfiltered in the rock, and the time spent undergroundallows debris and mud to fall out of suspension. Ifunderground long enough, lack of sunlight causesmost algae and water plants to die. However,microbes, viruses, and bacteria do not die just frombeing underground, nor are any agricultural orindustrial pollutants removed. By the way, no, thisman is not getting a drink from this tempting spring. He is a USGS hydrologist sampling thenearboiling water from a spring in Wyoming.

Thermal springsThermal springs are ordinary springs exceptthat the water is warm and, in some places,hot, such as in the bubbling mud springs inYellowstone National Park, Wyoming. Manythermal springs occur in regions of recentvolcanic activity and are fed by waterheated by contact with hot rocks far belowthe surface. Even where there has been norecent volcanic action, rocks becomewarmer with increasing depth. In suchareas water may migrate slowly toconsiderable depth, warming as it descendsthrough rocks deep in the Earth. If it thenreaches a large crevice that offers a path ofless resistance, it may rise more quicklythan it descended. Water that does not have

time to cool before it emerges forms a thermal spring. The famous Warm Springs ofGeorgia and Hot Springs of Arkansas are of this type. And, yes, warm springs can evencoexist with icebergs, as these happy Greenlanders can tell you.

 Sources and more information

How groundwater occurs, Ground Water, U.S. Geological Survey General InterestPublication.Springs of Florida, U.S. Geological Survey Fact Sheet FS15195 by Spechler, R.M. andSchiffer, D.M. Available online athttp://fl.water.usgs.gov/Abstracts/fs151_95_spechler.html.

Choose a watercycle topicA  Storage in ice andsnowB  PrecipitationC  Snowmelt runoff tostreamsD  InfiltrationE  GroundwaterdischargeF  Groundwater storageG  Water storage inoceansH  Evaporation

I  CondensationJ  Water storage in theatmosphereK  EvapotranspirationL  Surface runoffM  StreamflowN  SpringsO  Freshwater storageP  Sublimation

 To view PDF files, the latest version of Adobe Reader (free of charge) or similar softwareis needed.

U.S. Department of the Interior | U.S. Geological SurveyURL: http://water.usgs.gov/edu/watercyclesprings.htmlPage Contact Information: Howard PerlmanPage Last Modified: Wednesday, 12Aug2015 14:31:43 EDT