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第四章喀斯特地貌karst（二）地下喀斯特地下地貌以溶洞为主，但在不同的地下水带，溶洞的形态和成因截然不同。饱气带内主要有落水洞饱水带内主要有水平溶洞及地下河1、水平溶洞（1）定义地下水沿着可溶性岩石的层面、节理或断层进行溶蚀和侵蚀而形成的地下洞穴。我国和世界上许多著名的大型溶洞都属这一类型。例1：中国的桂林七星岩，长千余米，宽70m、高约27m（洞内分上、中、下三层。上层高出中层8到12米；下层是现代地下河，常年有水；中层距下层10至12米。）。猛玛洞例2：美国的猛玛洞，主洞长达64km（美国肯塔基州的猛犸洞有255条地下通道组成，总长度超过240公里。它们共分5层，上下左右均可连通，形成一个曲折幽深，扑朔迷离的地下迷宫。在猛犸洞中有77座地下大厅，其中最高的一座称为“酋长殿”，它略呈椭圆形，长163米，宽87米，高38米，厅内可容数千人。）。例3：金华双龙洞，分内外洞，其间有地下河连通，卧船而入。（2）水平溶洞发育过程溶隙期：溶洞发育早期。地下水沿细小的裂隙如层面、节理面或断层面流动，并沿途进行溶蚀，形成溶隙，其宽度只有几厘米或10多厘米。据实验，具有承压性的孔隙水，每年的溶蚀量比无承压性的水溶蚀量大15倍。因此溶隙虽小，但仍有相当大的溶蚀力。地下河期：溶洞发育鼎盛期。随着溶隙的扩大，水量和流速不断增加，溶蚀力和水的机械侵蚀力加强，溶隙也因而迅速扩大和合并，形成管道式的流水，也就进入地下河发育时期，即充水的溶洞期。此时流水作用更加强大，地下河的扩张更为迅速。（2）水平溶洞发育过程干溶洞期：为溶洞发育晚期。当地壳上升或潜水面下降时，那些发育在饱水带的地下河也随之上升，到达季节变动带以至饱气带中，河水下渗后就变成了干溶洞。如果地壳间歇性上升多次，干溶洞也就有多级（层）。例1桂林七星岩便有干溶洞二层。例2金华北山有三层（双龙洞、桃园洞、朝真洞）桂林七星岩桂林芦笛岩织金洞贵州织金洞原名“打鸡洞”，位于织金县城东北面二十三公里民寨乡东街口。织金洞，地处乌江源流之一的六冲河南岸，属于高位干溶洞。洞穴高旷宽阔，全洞长11公里，已勘察部分长6.6公里，面积约20万平方米。最宽处175五米，最高处150米，一般高、宽在40至100米间。织金洞织金洞银雨树（3）干溶洞的发展方向一是洞内CaCO3继续沉淀，形成各种石灰华地形，最后把溶洞堆塞，或者溶洞被洪积、坡积物填塞。二是洞顶崩塌，出露成为峡谷，溶洞也就消亡。如果峡谷中还残留着未崩塌的洞顶时，则成为天生桥。天生桥衢州烂柯山（4）构造对水平溶洞发育的影响水平溶洞的发育受构造影响很大：在裂隙单一的岩石上发育的溶洞，规模较小，形如“长廊”（金华北山二仙洞）；在裂隙密集或交叉处发育的溶洞，由于溶蚀、侵蚀和崩塌作用都比较强烈，所以溶洞特别高大，形如“厅堂”、“楼房”等（金华北山双龙洞、北京的云水洞等）。双龙洞外洞厅高66米；云水洞有6个大厅；美国的卡斯帕（Carsbas）中的巨室，长400m，宽230m，高100m。在倾斜岩层上发育的溶洞，洞底倾斜；在水平岩层上发育的溶洞，形态平整等等。北京的云水洞（5）水平溶洞的特征就是洞顶平坦两侧有边槽（原来地下河溶蚀作用的结果）或地下河。有瀑布有地下湖（贵州龙宫为地下暗湖）有洞穴堆积（化学和机械沉积）Acavelong600km双龙洞溶洞内充满水，形成地下河、地下湖和地下瀑布。在贵州省，有些溶洞在冬季冒出大量水蒸气，故有热气洞之称。这是因为随洞的深度增加而地温增高，洞内地下水的水温亦增高，水面蒸发变成蒸气，或者冷空气从另一洞口进入，形成对流，使水蒸气成为雾状排出洞口。还有一些洞能发出咚咚响声，好似擂鼓，取名擂鼓洞，这是因为洞内有暗河，高处暗河的水流跌落到低处暗河时冲击河水而发出的响声。贵州安顺龙宫（6）深部溶洞在岩溶侵蚀基准面以下，有深部岩溶洞穴。目前世界上发现最大的深部洞穴在喀尔巴阡山的阿尔玛河流域，洞穴位于地面以下800m至1331m处。我国已知的最大深部洞穴位于湖南某矿区，在地面以下186m至430m。这些深部洞穴的成因很复杂，按深部洞穴的分布位置分析，它的成因可能有以下几种情况：（1）埋藏的古岩溶体的溶洞，这是早期地质时期形成的；（2）构造活动强烈地区，活动断裂很发育，岩溶水沿断裂向深处渗漏，经长期侵蚀、溶蚀而成；（3）受硫化矿体影响形成的深洞穴，硫化物因氧化与水作用成酸水，岩溶水沿灰岩裂隙向深处渗漏溶蚀，在深部形成洞穴；（4）深部承压水作用形成的深部洞穴。2、溶洞内的化学堆积（沉淀）地貌在地下河发育时期，水平溶洞内是没有化学堆积的，它只能在干溶洞内发生。按堆积物的位置与成因分成三组。（1）石钟乳、石笋和石柱这是由洞顶滴水而产生的一组地貌，也称滴石。石钟乳是由洞顶下垂的碳酸钙堆积，形如钟乳状、锥状等。它是含碳酸钙水溶液从洞顶溶隙渗出时，因压力降低和温度升高，使溶液中的CO2逸出，溶液达到饱和状态而发生的碳酸钙堆积。开始堆积时围绕着出水口，以后不断向下延伸，向外围加粗，横切面具有同心圆结构特征。（1）石钟乳、石笋和石柱石笋是从石钟乳末端下滴在洞底上的水溶液内的碳酸钙由下往上的堆积，形如竹笋。它也具有同心圆的堆积结构。石柱是由向下延伸的石钟乳与向上生长的石笋互相对接时产生的。石钟乳、石笋和石柱石笋-stalagmite鹅管（2）石幔和石旗（流石）石幔和石旗二者是洞壁的碳酸钙堆积。石幔是水溶液沿洞壁漫流时产生的碳酸钙层状堆积，光滑如布幔，故名。如果水溶液沿一条凸棱向下流动时，则产生突出在洞壁上薄片状的碳酸钙堆积，称为石旗。石幔石幔石幔石幔石幔（3）边石坝和钙华板二者是洞底上的碳酸钙堆积。边石坝发生在接近洞壁的洞底斜面上，由洞壁流下的水溶液，到达有起伏的斜面时，在凸起处流速加快，引起CO2的迅速逸出及碳酸钙堆积，形成弧形弯曲的石埂，即边石坝，高数厘米至二三十厘米不等。边石坝内积水，形如梯田，又名石池（我国古名石田）。每当石池水越坝流出时，都会使边石坝积高。如果洞底平整，坡度又较大时，碳酸钙的堆积只成为平缓的层状，称为钙华板。石灰华：溶洞底沉淀的碳酸钙。云南中甸白水台钙华黄龙寺钙华钙华黄龙寺莲花岩莲花岩钙华此外，化学堆积还有石花、石葡萄和石珍珠等。石花石珍珠石葡萄卷曲石卷曲石卷曲石石珠石饼石珠卷曲石卷曲石卷曲石鸡爪卷曲石卷曲石3、溶洞的机械堆积及生物堆积水平溶洞内一般都有河流相的砂砾及粘土堆积；洞顶崩塌时有巨大的坠落石块在洞底堆积；干溶洞中可能还有古人类及第四纪哺乳类动物化石堆积；在南方溶洞中又多有鸟粪层堆积，并可作肥料开采。CapriconisSp鬣羚羊RhinocerosSp犀牛CervusSp鹿Stegodon箭齿象Bovinae牛Ailuropodamelanoleuca大熊猫SusScrofa猪四、喀斯特地貌的地带性喀斯特作用受气候条件影响很大，不同的气候带喀斯特作用的结果不同，因此喀斯特地貌具有一定的地带性特征，并可分出四种地貌带：1、热带喀斯特地貌位于低纬地区，包括热带及亚热带季风区的喀斯特。由于该气候带高温多雨，一方面水的循环快，溶蚀力强，喀斯特作用可以终年进行，而且由于气温高，水的化学反应速度快，产生的H+离子多，使水的溶蚀力加快；另一方面在湿热条件下，植物茂盛，它会产生大量的CO2及分泌出大量有机酸，增强了水的溶蚀力。因此热带喀斯特的强度居于其他气候带之首，不论地表或地下地貌都很发育，其中以峰林石山为代表，它是其他气候带所没有的。此外，大型的溶蚀盆地（槽谷）、深陷的溶蚀洼地及大型水平溶洞等都很发育。此带以我国南方、西印度群岛、印度尼西亚等地为代表。2、温带喀斯特地貌处于中纬度地区，气温较低，雨量较少，而且有明显的干季，喀斯特作用受一定限制。地表地貌不很发育，只有不多的干谷、溶斗和溶蚀洼地，石芽及溶沟发育不好，而且多被风化物覆盖。但地下地貌如溶洞、地下河、溶隙及喀斯特泉等较发育，故有“隐喀斯特”之称。它以法国、捷克、乌拉尔、密西西比高原及我国华北、东北等地为代表。3、寒带及高寒地区喀斯特地貌位于高纬度及高原、高山地区。由于终年气温低，水的冻结时间长或有冻土层存在，水的流动及溶蚀作用受到了极大的抑制。因此不论地表或地下地貌发育都很差，地表以溶沟为多见，地下有小型孔洞、溶隙和喀斯特泉等。此带以西伯利亚、加拿大以及我国的青藏高原等地为代表。4、干旱区喀斯特地貌包括了热带、亚热带及温带的干旱气候区，终年气温较高，但雨量稀少，植物缺乏，喀斯特作用极其微弱。由于还有少量地下水存在，而且水中含有较多的SO42-离子，所以喀斯特作用仍能进行，不过地貌发育极差，偶有小型孔洞出现而已。五、石笋和气候记录美国Science杂志2006年8月4日精选石笋以及岩洞中其他碳酸盐沉积会不会成为21世纪气候变化研究的“冰芯”？从冰芯得来的气候记录在过去20年中彻底改变了气候变化的研究，但是GideonHenderson在本期一篇研究评述中指出，洞穴碳酸盐结构比冰芯有更多的优越性。冰芯主要在远离人群分布的地方形成，与冰芯不同，世界各地都有洞穴，而且它们能用铀的放射性衰变来精确地测定年代。精确测出年代的洞穴记录能帮助建立跨越地球不同地点气候变化的关联，比如北大西洋的变冷与亚洲干旱，而且还能帮助搞清影响长期冰川周期的因素。石笋计数年代1961196019591958195719561955195419531952195119501949194819472、石笋汪永进等在石笋研究方面的成果汪永进等在石笋研究方面的成果汪永进等在石笋研究方面的成果汪永进等在石笋研究方面的成果石笋碳同位素与南极冰心气温和CO2浓度记录的对比汪永进等在石笋研究方面的成果1000110012001300140015001600170018001900200004080120160200020406080100r=0.20foryearlydatar=0.34for11-yearrunningmeanYearADLayerthickness(μm)Treeringindex中国北方树轮/石笋温度记录最近的直接定年记录表明：夏季风直接响应地区性太阳辐射变化季风与冰量的关系阅读文献[1]陈骏等.末次冰期南京石笋高分辨率气候记录与GRIP冰芯对比.中国科学D辑，2000（5）.[2]邵晓华等.全新世季风气候演化与干旱事件的湖北神农架石笋记录.科学通报，2006（1）.[3]吴江滢等.盛冰期太阳活动在南京石笋年层序列中的印迹.科学通报，2006（4）.[4]汪永进等.末次盛冰期百年尺度气候变化的南京石笋记录.第四纪研究，2002（3）.[5]汪永进等.南京汤山洞穴石笋稳定同位素指示的气候与环境意义.地质学报，2000（4）.[6]谭嘉铭等.新仙女木及全新世早中期气候突变事件:贵州茂兰石笋氧同位素记录.中国科学D辑，2004（1）.[7]YongjinWang,etal.TheHoloceneAsianMonsoon:LinkstoSolarChangesandNorthAtlanticClimate.Science,2005,308(5723):854–857.[8]Y.J.Wang,etal.AHigh-ResolutionAbsolute-DatedLatePleistoceneMonsoonRecordfromHuluCave,China.Science,2001,294(5550):2345–2348.小结岩溶作用影响喀斯特地貌发育的因素地表喀斯特地下喀斯特喀斯特地貌的分布