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课题：喀斯特作用与喀斯特地貌20课时数：2课时教学目标：了解喀斯特的研究历史及地区分布；理解喀斯特作用概念、基本条件、影响因素；掌握石芽与溶沟、溶斗与落水洞，溶蚀洼地和溶蚀谷地、干谷与育谷、峰丛、峰林和弧峰的成因及特点；掌握溶洞和地下河的成因与特点。教学重点：喀斯特地形。教学难点：喀斯特地形的演化过程。教学准备：制作幻灯片一、“喀斯特”简介喀斯特是指地下水和地表水对可溶性岩石的化学作用和物理作用及其形成的水文现象和地貌现象。（一）喀斯特研究的起源★明代地理学家徐霞客是我国和世界上最早的岩溶研究学者。他考察了广西、贵州和云南一带的石灰岩地形，探寻了许多地下溶洞，《徐霞客游记》中详细记述了各种石灰岩地形的景观。★19世纪末，南斯拉夫学者司威治研究了南斯拉夫西北部沿海一带伊斯特里亚碳酸盐岩（石灰岩）高原溶蚀而成的奇特地貌，并把这种地貌叫做喀斯特。从此“喀斯特”一词逐渐变成了世界各国所通用的专有名词术语。★1966年，我国第2次岩溶学术会议上，决定将喀斯特改称岩溶；1985年恢复“喀斯特”；1996年又改称岩溶。所以在我国称喀斯特地貌为岩溶地貌，但由于传统上的原因，喀斯特一词流传甚广，与岩溶并存。目前，我国两种称谓并存。（二）可溶性岩石的分布全球喀斯特地区的面积约占陆地面积的15％，面积5100万km2。其中碳酸盐岩面积4100万km2，硫酸盐岩面积为1100万km2，合计5200万km2。分布在英格兰、地中海、中东经东南亚到中美洲的环球地带。中国碳酸盐类岩的分布可分为裸露、覆盖和埋藏等三种类型，面积共346.3万km2，其中裸露型面积为125万km2。主要分布在桂、贵、滇，其它还有鄂西、湘西、川东、鲁、晋等地。二、喀斯特作用的概念（岩溶作用）概念：以地下水为主、地表水为辅，以化学过程为主、以物理过程为辅的对可溶性岩石的破坏和改造作用叫岩溶作用。由概念可以得知：1.简单地说，岩溶即是指流水对可溶性岩石的破坏作用。2.作用的水流以地下水为主，地表水为辅。3.破坏作用以化学过程为主，以机械过程为辅。这里说的化学作用即指水对可溶性岩石的溶解作用和沉积作用；物理过程即指水流对可溶性岩石的机械侵蚀和堆积过程，有重力崩塌和堆积等过程。所以我们可以粗略地说，岩溶作用即地下水对可溶性岩石的溶解和沉淀作用。三、喀斯特作用的基本条件（一）岩石的可溶性——最基本的条件可溶性岩石是岩溶作用赖以进行的物质基础，没有它就不会发生岩溶作用，更不会形成岩溶地貌。自然界里的岩石有些是可溶的，有些是难溶的。就可溶性岩石来说，主要包括三大类：①卤素盐类岩石（钠盐和钾盐等）；②硫酸盐类岩石（石膏CaSO4.2H2O、熟石膏2CaSO4.H2O、芒硝NaSO4·10H2O等）；③碳酸盐类岩石（石灰岩、白云岩、泥灰岩等）。就三类岩石的溶解度而言，卤素盐类岩石硫酸盐岩＞碳酸盐岩，即①＞②＞③。碳酸盐岩中，石灰岩＞白云岩；纯净、晶粒细的＞含杂质、晶粒粗的。★但是卤素盐类岩石和硫酸盐类岩石分布不广，岩体较小；而碳酸盐，虽说它的溶解度较小，但它分布很广，岩体一般都很大，经过长时期的岩溶作用，能发育成典型的岩溶地貌。所以目前存在的岩溶地貌基本上都分布在碳酸盐岩石分布区，以后我们讨论的岩溶地貌主要是指碳酸盐岩石经岩溶作用所形成的地貌。（二）岩石的透水性仅仅岩石可溶，也不能形成岩溶地貌。岩石不具有透水性，地表水就无法渗入地下转化为地下水，这样就不能形成以地下水为主的各种地下岩溶地貌，而岩溶地貌又主要发育在地下，所以岩石不透水就不能发育成岩溶地貌。岩石的透水性，决定于岩石的孔隙度和裂隙度，尤其是裂隙度。两度大，岩石透水性就好，地下岩溶进行得比较迅速，能发育成典型的岩溶地貌。孔隙度、裂隙度又与岩性、岩层厚薄、岩层构造特征有关。◆总之：岩石构造越破碎、岩石纯度越高、岩层越厚，则透水性就越好（三）水的溶蚀力在纯水中，CaCO3的溶解度是很小的，不会发育成岩溶地貌。但是一旦水中溶解有CO2气体以后，其水的溶蚀力则大大加强。1.CO2水溶液溶解碳酸盐的机制现以CaCO3说明之：CO2溶解于水中之后便形成释碳酸溶液，并发生一级解离，解离出H+和HCO3-，如下列化学式：CO2＋H2O——H2CO3；（形成碳酸）H2CO3——H＋＋HCO3－；（碳酸离解）H＋＋CaCO3——HCO3－＋Ca2＋（溶解碳酸钙）总的化学反应方程式：CO2＋H2O＋CaCO3——Ca2＋＋2（HCO3）－其化学反应是可逆的，正反应速度取决于CO2的浓度，逆反应速度取决于Ca2＋的浓度。即溶解于水中的CO2越多，水的溶蚀力就越强；水中的Ca2＋的含量越高，水的溶蚀力就越弱。可见，如果水分是流动的，那么，CaCO3则不停地被溶解。如果水分不流动，Ca2+饱和后水就不再具有溶解能力了，所以岩溶作用，进行的第四个条件即水的流动性。由上述可见，当各反应达到平衡时，CaCO3的溶解度取决于水中溶解的CO2气体的多少。CO2溶解多则CaCO3被溶蚀也就越多，反之则少。那么影响CO2溶解度的因素有哪些呢？无疑认识这些因素，对了解岩溶地貌的发育有重要参考意义。2.影响CO2溶解度的因素①大气CO2分压：CO2分压越高，水中CO2浓度就越大，反之则越小。但在自由大气下，空气中CO2的浓度只有0.03%，即CO2分压只有0.0003个大气压，在20℃时，CO2的浓度0.53%。②温度：温度越高，CO2溶解度越低，反之则越高。③土壤有机质含量和微生物活动：有机物含量多的土壤，在有微生物活动的时候分解有机质的主要过程是：C+O2→CO2↑；结果土壤空气中CO2的浓度增大，远远高于大气中的CO2浓度，所以土壤溶液对CaCO3的溶蚀作用较强。（四）水的流动性1.流动水流对岩溶的重要性水的流动性对岩溶作用的影响主要表现在，水处于不停的流动状态，可以将溶蚀下来的Ca2+淋失掉，使溶蚀水处于Ca2+不饱和状态，促使CaCO3的进一步溶解。此外饱和水和不饱和水在流动过程中发生混合，混合以后的溶液是不饱和状态，促使CaCO3溶解。另外流动的水还具侵蚀作用，使更多岩石、在更大的面积上接受溶蚀，增大岩溶作用强度。∴只有水不停流动才保证CaCO3持续溶蚀。2.岩溶水的运动状况地面以下，不同深度，水流的运动状况是不同的，大致可分为四个带，如图假若有一岩溶地块被一大河深切，大河成为该地块中岩溶水的主要排水道。①垂直渗透带（包气带、充气带）：位置：处于地下水最高位即（丰水期潜水面）以上。平时水少，孔隙被空气所占据故又名充气带，在雨季和融雪季节才有比较多的水。水流特征：垂直下渗运动为主的暂时性水流。发育地貌形态：垂直形态，如溶隙、落水洞等。形成的喀斯特地貌以垂直为主。②全饱和带（水平流动带）：位置：地下水最低水位（枯水期潜水面）以下。水流特征：水平运动为主的经常性水流。地下水常年存在，以水平运动为主。发育地貌形态：水平的岩溶地貌，如溶洞、暗河等。形成的喀斯特地貌也是以水平为主。③季节变动带（过渡带）：位置：地下水最高水位和最低水位之间。该带位于丰水期和枯水期潜水面之间。水流特征：季节性暂时性水流、运动方向随季节变化。水文状况随季节而变化，在雨季，地下水位上升，该带处于水分饱和状态，水流以水平运动为主；在旱季，地下水位下降，该带处于水分不饱状态，水流以垂直运动为主。发育地貌形态：水平、垂直兼具④深循环带（深饱和带）：位置：水平流动带以下的岩层深部。水流特征：缓慢，具承压水性质；受地质构造条件影响。发育地貌形态：喀斯特作用很弱，喀斯特地貌发育不好。3、小结：喀斯特作用及喀斯特地貌的空间分布以上不同水分带，水流的流动方向和溶蚀能力不同，喀斯特作用自然不同，即可形成发育程度不同、形态各异、分布深度不同的岩溶地貌。此外，喀斯特作用及其地貌的分布还受到气候的控制，表现出一定的地带性。温暖湿润区，喀斯特作用强烈，地貌发育的好、类型多样；寒冷区，地貌发育不好、类型单一；干旱区，喀斯特作用难以进行。下边简单介绍几种常见岩溶地貌类型。四、影响喀斯特发育的因素（一）气候气温：化学反应速率。温度越高，化学反应速率越快。降水量：水源。喀斯特作用的进行离不开水的作用。生物：植被、微生物（二）构造的影响大地构造和地质构造因素控制岩层的分布，决定地下水的循环和运动特征，影响喀斯特发育。表现在：断裂构造发育地区褶皱的背斜轴部，张裂隙发育。张力作用，裂隙发育，透水。褶皱的向斜轴部。压力作用，紧实，水不易渗透。（三）地层的组合、厚度及产状的影响地层组合：碳酸盐岩地层单一均匀状地层：成片分布互层：带状分布间层状：零星分布岩层厚度：厚度大，节理发育，岩溶作用强烈；薄层相反。岩层产状：控制地下水流态间接影响喀斯特发育及方向。水平岩层：喀斯特水平发展，均匀发育，单一地貌。垂直岩层：喀斯特发育很深倾斜岩层：最利于喀斯特发育。五、喀斯特地貌（岩溶地貌）（一）地表岩溶地貌1.石芽与溶沟概念：地表水沿着可溶岩层面裂隙或节理流动，溶蚀和冲蚀形成许多凹槽和坑洼，凹槽称为溶沟；沟间凸起的石脊称为石芽。在降水过程中，大气CO2会溶解在雨滴中，形成含有H2CO3的酸性水，这样的水分降落到碳酸岩石表面，即形成坡面流水，沿碳酸盐岩石表面节理或裂隙形成细流，细流对周围碳酸盐岩石即发生岩溶作用，形成溶蚀沟槽—溶沟和沟槽间的脊状凸起部分—石芽。形态特征：高深不超过3米，个别有10米的石芽分类：裸露石芽、半裸露石芽、埋藏石芽。石芽、溶沟组合分类：彼此平行式、棋盘式、石林式如果石芽形态高大，沟坡近于直立，且发育成群，形态成笋状、柱状、剑状、菌状等，远观之宛如森林，称为石林（stoneforest），石林式石芽在我国云南路南石林发育得最好，高达30余米，其他三大石林福建大湖石林、四川兴文石林、浙江淳安石林。2.喀斯特漏斗（岩溶漏斗）（上宽下狭）含义：是一种规模较小，底部有垂直通道的，漏斗状、裂隙状、碟状或井状的封闭洼地。宽数米至百米不等，深宽。成因分类：溶蚀漏斗、塌陷漏斗。溶蚀漏斗是地表径流沿裂隙密集地段溶蚀而成；塌陷漏斗是喀斯特管道或溶洞在重力作用下崩塌而成。其纵剖面如下：（b）沉陷漏斗：整体沉降、陷落。（c）塌陷漏斗：崩塌，岩层破裂、失去完整性。奉节小寨天坑：天下第一坑。位于重庆市奉节县兴隆镇小寨村，坑口地面标高1331米，深666.2米，坑口直径622米，坑底直径522米，是目前世界上发现的最大的“漏斗”。近年来，经过中外地质学家的实地考证后，一种地陷形成说逐渐统领了整个学术界，这种说法认为，小寨天坑是由地下暗河冲击碳酸盐岩层而引起岩层塌陷而形成的地质奇观。关于其成因还有其他一些说法，课下感兴趣自己搜集相关资料。3.落水洞（宽度小）岩溶地区地表水从谷地流入地下河或地下溶洞的通道。成因：垂直溶岩水在裂隙相互交叉汇合处不断溶蚀、侵蚀并伴有重力塌陷形成。形态特征：其宽度比深度小得多，宽很少超过十米；其形态多样，有垂直的、有倾斜的也有弯曲的。4.溶蚀洼地含义：溶蚀作用形成的椭圆形封闭洼地。一般认为它是溶岩漏斗扩大或相邻的若干个合并而成。特征：面积约数km2，底部平坦，常有垂直通道与地下河相连，上部覆盖薄层堆积物。面积约数km2，底部常有垂直通道与地下河相连，上部覆盖薄层堆积物。5.溶蚀谷地（坡立谷、坝子、坝等）含义：由溶蚀洼地进一步发育而成，代表喀斯特发育的后期阶段。是指大型的溶蚀洼地，面积约十几km2甚至几百km2，周围有坡度较陡的山峰，底部覆盖有较厚的溶蚀残留物。并有泉水暗河出没。★坝子我国云贵高原上的局部平原的地方名称。贵阳、遵义、安顺等坝子特点：面积较大；谷底平坦、有地表河流通过；谷地周围发育峰林地形，谷地中有残丘和孤峰；谷地延长方向与构造线一致。6.干谷、盲谷和伏流干谷：指喀斯特地区地表干涸的河谷。在地表河流的某一段河道，河水沿着谷底发育的漏斗、落水洞等全部流入地下，使河谷干涸，则形成干谷。盲谷：一种死胡同式的地表河谷，其前方常被陡崖所阻，河水从崖脚的落水洞潜入地下，变为地下河。伏流：地表河转入地下的河流暗流段，叫伏流。7.峰丛、峰林与孤峰(桂林山水指广西东北的漓江沿岸，北起兴安南至阳朔，以桂林为中心的岩风景区。)峰丛和峰林、孤