别有洞天!去溶洞消夏避暑,一探这些神秘~

2017年07月14日
(本文来源:知识就是力量微信公众号 本文选自《知识就是力量》2017年7月刊杂志,作者:张远海,中国地质科学院岩溶地质研究所,原创作品,转载请注明出自知识就是力量微信公众号)
(湖北利川腾龙洞,摄影:Ryan Deboodt)
洞穴,是一处满是神秘的所在。不知是自然造物天生赋予了它们无穷的魔力,还是人类向来喜欢探寻,总之,洞穴一直牢牢吸引着人类好奇的目光。下面,就让我们跟随岩溶地质专家一起,探秘神奇的喀斯特洞穴世界。
喀斯特洞穴的秘密
(浙江碧云洞的大厅面积大于2万平方米,摄影 / 张远海)
喀斯特洞穴是喀斯特地貌的地下世界,是可溶岩(主要为碳酸盐岩)因水的运移、溶蚀、侵蚀和重力崩塌作用而形成的。
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;当孔隙发育成孔洞后,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、复杂到延伸数百千米的地下通道网。它们是地球上最奇特且充满神秘感的地方。
溶洞内的气候变化
(重庆芙蓉洞里美丽的石花,摄影: 张远海)
溶洞是一个环境相对稳定、独立、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影响,那溶洞怎么调节自己的小气候呢?
原来,溶洞的气候变化主要是通过洞内空气和水流的运动来实现。一般,洞口地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;进入洞内越深,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上下。
在大部分洞穴中都能觉察到空气的流动,有的在夏季向洞外吹凉风,有的在冬季向洞外喷热气,有的洞穴内空气周期性地吸进和吹出,形成呼吸洞。
洞口越多,与外界空气的交换就越频繁,其气候波动幅度就越大。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,而冬季或夜间空气则多往洞内流动。
溶洞的年龄有多大
(科研人员正在金佛洞中取样,摄影:Ryan Deboodt)
洞穴形成后,至今究竟有多少年了呢?这个问题需要通过地貌分析来获知。比如高纬度地区的洞穴,由于第四纪以来气候变化导致的大面积冰川剥蚀,古老的溶洞恐怕早就被夷平了;低纬度地区的洞穴,虽然没有冰川的影响,一些老洞得以保存,但即使是那些大型的洞道,也不过数百万年的历史。而上千万年历史的洞穴可能埋藏于地下深处,即使有洞穴空间,也被后期的沉积物所充填。
我们可以依靠这些充填沉积物,通过古地貌分析,利用古地磁、碳-14、热释光、光释光、裂变径迹法、宇生核素测年等方法,对溶洞相对年龄和绝对年龄进行测定。最近,科研人员采集了重庆金佛洞古地下河沉积物中的石英,利用宇生核素地质年代测定法,测定该洞穴年龄下限为570万年,是目前中国有基础数据的最古老洞穴,改变了中国对溶洞形成于第四纪的普遍看法。此外,结合各种古环境变化信息,通过确定洞穴年龄,还可以建立区域地质历史演变过程,特别是各种事件发生的时间系列。
石笋的记忆
(陕西汉中地洞河中的石笋,摄影:牧羊)
溶洞洞顶的滴水,经过碳酸盐岩的裂隙,一滴一滴地滴到洞底。滴落过程中,二氧化碳不断逸出,水过饱和并析出碳酸钙,沉积在洞穴底板,日积月累,慢慢地长成石笋。
石笋具有独特的盖帽型生长特征,其形成过程中包含了古地球化学特征。由于石笋分布广泛、时间跨度大、受外界干扰小、生长机制对外部环境敏感、测年和采样成本低廉,使其成为一种不可多得的陆地古环境信息源。通过沿石笋生长轴取样,测定其年龄,可以重建过去降水和温度变化的古气候。
石笋的沉积速率在不同条件下是不同的,据目前研究,石笋生长速率最快为大于10mm/10年,最慢仅为1mm/1000年,有时甚至停止生长。受气候演变规律的控制,石笋生长与停止生长反复交替,其变化的节律就是探索季风强度、降水、气温、生态环境变化奥秘的钥匙。
特色溶洞
(贵州省紫云县苗厅是世界上最大的溶洞厅堂,摄影 / Carsten Peter)
全球喀斯特洞穴众多,每年还不断有新的溶洞被发现。
世界上最长的溶洞是美国的犸猛洞,长度为651784米。世界排名前十的大型溶洞大部分位于美洲,其中美国有5个,墨西哥有2个。中国最长溶洞为贵州的双河溶洞,长度为200427米,排名世界第十。
世界最深的溶洞是格鲁吉亚的克鲁巴拉洞,探测深度2197米。它位于西高加索地区,这个地方竖井特别多。中国最深竖井群位于重庆乌江一带,深度上千米。
除此之外,世界上超过100万立方米的溶洞大厅有13个。容积最大者为贵州的苗厅,容积为1057万立方米;底面积最大者是马来西亚的沙捞越大厅,面积16万平方米;洞厅最高者为重庆的云梯大厅,高度365米。
溶洞以千姿百态的景观和幽静深远的环境,成为一种极其重要的旅游资源。据不完全统计,全球开放的游览溶洞超过1600个,其中中国有800多个。许多溶洞还是世界自然遗产的重要组成部分,如美国的犸猛洞、中国的芙蓉洞等。游览溶洞,不仅可以增长知识,还能提高大家爱护环境、保护地球的意识。
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编辑:齐敏
新媒体编辑:姚迪
 
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