“地球皮肤”的新陈代谢——岩溶过程中的喀斯特景观

喀斯塔地貌

地壳如皮肤般包裹在地球的最外层,它由多种类的固状岩石组成,其中有一种岩石是具有可溶性的。可溶性岩石有三类:碳酸盐类岩石(石灰岩、质灰岩、泥质灰岩),硫酸盐类岩石(石膏、芒硝),卤盐类岩石(石盐和钾盐)。在水对可溶性岩石(碳酸盐岩、石膏、盐岩等)进行化学溶蚀以及物质迁移、沉淀的过程中,能够引起地表、地下的地貌形态变化各异,呈现出景观多样的喀斯特地貌(岩溶地貌)。由于受岩石可溶性和透水性以及水溶蚀性和流动性的差异影响,喀斯特地貌类型多样,各具形态,包括我们熟知的桂林漓江山水、路南石林、黄果树瀑布、黄龙九寨沟、芦笛和龙宫洞穴等,都属于喀斯特地貌。这些风采多姿的喀斯特地貌景观究竟是如何形成的呢?

喀斯特溶沟、石芽与石林

溶沟、石芽、石林景观摄影图

成片裸露、岩层厚度大的可溶性岩石节理裂隙和层面受地表水溶蚀、侵蚀,使岩石表面形成沟槽形态,凹槽称为溶沟,沟槽间的突起称为石芽。在热带、亚热带地区,水热条件充沛,水的溶蚀性强,石芽在强烈的岩溶作用下生成一种特殊形态,形体高大,石芽之间的溶沟很深,沟坡垂直,坡壁上刻有平行垂直的凹槽,即石林。这类喀斯特景观的典型代表是著名的云南路南石林,石林相对高度一般20米左右,大者可达50米左右。

喀斯特漏斗、竖井与落水洞

漏斗景观

喀斯特漏斗,又称“斗淋”、“溶斗”、“盘坑”、“盆坑”等,是喀斯特地面经溶蚀及岩溶塌陷后,形成口大底小的倒锥状的封闭洼地景观。地表水沿可溶岩裂隙密集地段溶蚀而成的是溶蚀漏斗,其深度不大,斗壁和缓,斗缘不明显,外形多成碟状,当进一步向下加深时,斗壁逐渐陡峻并且有明显的斗缘,成为漏斗状;地下可溶性岩溶蚀后会形成大小不一的洞穴,在重力作用下,覆盖在洞顶上的土层或岩层崩塌,进而形成的则是塌陷漏斗。漏斗底部通常有通道(或落水洞)通往地下,起着集水和消水的作用,并伴有积土、碎石堆积。

落水洞

 

天坑

地表水汇流于喀斯特漏斗流入地下,在侵蚀作用和重力作用下,最终形成开口于地面而通往地下深处裂隙(地下河或溶洞)的洞穴,即落水洞,其大小不一,形态各异,有垂直的,有倾斜的,也有弯曲的。根据形态分为两种:一是裂隙状落水洞,形态狭长,作一定倾斜和曲折向地下延伸,这种落水洞分布最广;二是井状落水洞,它的深度和宽度都很大。在塌陷漏斗基础上形成的落水洞, 即竖井,也叫“天坑”,地表水垂直流入地下河,深度可达数十米至数百米。

喀斯特峰丛洼地、峰丛(峰林)谷地及喀斯特平原

峰丛洼地

碳酸盐岩层经强烈的垂直溶蚀作用后,形成基座高低不一的溶蚀山峰,聚集成簇,溶峰多为锥状或塔状,即峰丛,峰丛间形成面积比较大的圆形或椭圆形封闭洼地。这样的峰丛与洼地的地貌组合便构成了喀斯特峰丛洼地景观,通常洼地底部也有落水洞或竖井发育。这种喀斯特景观类型广泛分布于我国广西西部、广西东北部、贵州南部及云南东南部地区。

峰丛谷地

峰丛谷地是在喀斯特地区,沿可溶性岩层断裂带或构造带溶蚀发育而成的峰丛间夹谷地,谷地全封闭或半封闭,长度在一公里以上,谷地中伴有岩溶地下水涌出,有的甚至可以汇集成较大的地表河流过境流出。峰丛谷地中地表河流在中下游地带,汇集大量地表径流,河道逐渐宽大,谷地两侧多被峰林夹峙谷坡急陡,但谷地平坦,峰丛顶部与谷地间高差在百余米至几百米之间,呈现出峰林谷地的景观,如广西都安的峰丛(峰林)谷地宽1公里,长达10公里以上。

峰林谷地

 

平原与孤峰

许多峰丛(峰林)谷地不断扩大相连,溶蚀作用与河流的侵蚀作用都很明显,形成具有较厚松散地层覆盖的类似平原地形,并伴有残留少数孤峰,构成喀斯特平原景观,桂林漓江山水和广东肇庆的溶峰都属于这类喀斯特地貌景观,这种地貌类型的地下岩溶水也较丰富,易产生岩溶塌陷。

喀斯特溶洞、石钟乳、石笋、石柱及石幔

溶洞

 

钟乳石与石笋

 

石柱与石幔

喀斯特溶洞是地下水沿可溶性岩体的层面、节理或裂隙进行溶蚀扩大而成的空洞,在喀斯特溶洞发展过程中,除了以溶蚀作用为主外,还伴有水利、机械等其他的侵蚀作用及生物作用。我国著名的喀斯特溶洞包括贵州的龙宫、桂林的芦笛岩等。溶洞中由于洞顶渗入的地下水中CO2含量较高,对可溶性石灰岩具有较强的溶蚀力,当这种溶液渗至洞内顶部出露形成水滴时,由于表面张力作用,水滴迅速释放出CO2形成碳酸钙薄膜沉积,随着不断渗流、沉积,洞顶形成具有空心的管状沉积物,直径一般小于1-2cm,成为石管。石管外壁也有渗滴水流时,石管就不断加大而成乳状沉积物,即石钟乳。当水滴从石钟乳上跌落至洞底时,变成许多小水珠或流动的水膜,这样就促进了水滴中CO2的散逸,而在洞底产生碳酸钙堆积,堆积物横切面没有中央通道,但具有同心圆结构,随水滴跌落不断由洞底往上增高形成锥状、塔状及盘状的沉积物,即石笋。由于重力作用,石钟乳和石笋相对增长,直至两者连接而成的柱状体,即石柱,随着洞顶下渗的水溶液继续沿石柱表面堆积,石柱不断加粗。含碳酸钙的水溶液在洞壁上漫流时,因CO2迅速逸散而产生片状和层状的碳酸钙堆积,即石幔,其表面具有弯曲的流纹,高度可达数十米,十分壮观。

我国地域辽阔,喀斯特分布面积广,喀斯特分布区的水热条件差异大,岩溶作用的差异明显,包括青藏高原、新疆内蒙的众多山脉、东北地区、华北地区、西南大部与华南北部、华东的部分地区,其中以广西、贵州、湖北、湖南、云南及四川的大部分和广东北部地区的碳酸盐岩层分布最为集中,喀斯特地貌种类齐全,形态丰富多样。

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