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溶洞的秘密(一)
来源:中国地调局       发布时间:2020-12-10   浏览数:

喀斯特洞穴是喀斯特的地下世界,是可溶岩(主要为碳酸盐岩)中 由水的运移、溶蚀、侵蚀和重力崩塌作用形成的。最初水运移的空间是 原始孔隙,非常狭小,水流以层流为主,溶蚀非常缓慢;当孔隙发育成 孔洞,水流稍快,发生紊流作用,溶蚀增强,形成狭小的孔洞网;后来 受地质因素影响,发生袭夺,水流选择最佳路径扩大形成洞穴。溶洞可 以是短小、单一的地下空间,也可以是大到容得下飞机、复杂的延伸数 百公里的地下通道网。它们是地球上最奇特,且充满神秘感的地方。 尽管喀斯特洞穴千奇百怪,景观千姿百态,其成因说起来很简单。 地壳运动的时候,在碳酸盐岩地层中形成断层和节理等裂隙,裂隙成为 水流穿越的路径。碳酸盐岩遇到自然界弱酸性的水,其中的碳酸钙就会 被溶解,随着地下水流流进江河,回到大海;久而久之,形成人可进入 的天然地下空间。相反,当裂隙水流进入洞穴空间,由于温度和压力变 化,溶解于水中的碳酸钙会沉积,形成钟乳石。

1.钟乳石的成因

一方面非重力水沉积是指主要在毛细水、薄膜水在水的表 面张力驱动下,形成的沉积物。包括卷曲石、方解 石花、文石花、石膏花,千姿百态。另外一方面,早期洞穴绝大部分是在承压的潜流条件下发育;随着 洞穴逐渐扩大,水的渗透能力增强,水流转变为渗流条件,形成了自由 流动的地下水面;此时,洞道快速扩大;随着地壳抬升,洞顶发生崩塌, 洞道扩展变慢并开始退化,洞穴堆积大量粘土、块石和钟乳石。随着渗 流水逐渐减少,洞穴变成干洞。如果条件不变,干洞会进入衰亡阶段, 洞穴地表剥蚀和洞顶崩塌,而变成削顶洞穴,局部留下天生桥;而到最 后阶段,形成岩溶谷地。 如:重庆天生三桥

2.溶洞气候

溶洞是一个环境相对稳定、相对独立的、恒温、潮湿、黑暗、安静的地下世界,没有太阳直接辐射和天空散射的变化,调节其气候变化主 要是通过洞内空气和水流运动来实现。一般说来,洞口一带的气温受外 部环境影响大,其日变化与年变化与当地地表气温相近;越往洞内,气温波动越小直至不受外界影响,基本稳定在当地多年平均气温左右。洞穴温度还因洞穴形态和洞口数目而异:由洞口向下倾斜的单洞口洞穴,冬季时冷空气下沉洞底,夏季洞外热而轻的暖空气难以进入洞内,故这4种洞穴的温度要比周围低,称为冷洞,(冰洞的形成原理:冬天冷气流重,下沉洞内,暖气流溢出使水汽凝结形成冰,夏天暖气流轻,无法进入洞内,洞内冰积得以保存。)在高海拔地区,洞内的年平均温度低于 0,在冷风循环机制条件下会形成冰洞;由洞口向上倾斜的单洞口洞穴,暖空气保留在洞穴的上部,难以流动,温度比周围要高些,称为暖洞。大部分洞穴都能觉察到空气的流动,有的在夏季从洞内吹凉风, 有的在冬季向洞外喷热气,有的洞内空气周期性的吸进和吹出,形成呼吸洞。洞口越多,与外界空气交换越频繁,则其气候波动幅度越大。如果洞穴所在地年温差和日温差大,就会因洞内外温差较大而产生空气流 动。如夏季或午间空气多往洞外流动;冬季或夜间空气则多往洞内流动。 在洞内因通道横断面突然变小所产生的空气密度差也能导致速度较大的空气流动。