洞穴的基本知识
来源: 本站原创   发布时间: 2013-02-18 23:29   4511 次浏览   大小:  16px  14px  12px
中国溶洞
喀斯特是南斯拉夫西北部的一个高原名。那里是石灰岩区域。我国把“岩溶”和“喀斯特”作为同义词使用。
  20世纪40年代以来苏联、意大利、美国、南斯拉夫等国积极研究洞穴,研究成果较多,在国际上已形成为洞穴学。目前,世界各国已探明长度超过10公里的洞穴有160多个,深度超过700米的达 55个。如美国肯塔基州马默斯洞穴长 373.38公里(1984),法国和西班牙之间比利牛斯山的皮埃尔?圣?马丹洞深1332米(1977),苏联帕米尔阿莱山基耶夫斯卡亚洞深1080米(1976)。
  
  洞穴按不同的水流性质和形态,分为
  渗流带洞穴:地面以下、地下水面以上的洞穴。
  饱水带洞穴:地下水面以下的洞穴。
  承压水带洞穴:补给面积大或受地质构造控制的地下水形成的洞穴。
  
  按形态类型分
  水平洞穴:主要发育于浅饱水带内,位于地下水面附近,由地下河和地下水面洞穴演变而来,具有成层分布的特点。主要分布在平原和低山丘陵区
  垂直洞穴:常见于渗流带和深饱水带内,由地下水沿陡倾的可溶岩层面或垂直裂隙带发育而成。多分布于山区
  
  从地貌发育又分为
  幼年期:非可溶性岩石被剥蚀后,水流对可溶性岩石进行溶蚀,水流沿裂缝下渗,地面出现溶沟、石芽和漏斗及落水洞,原地表水系遭破坏,地下水平溶洞开始发育。
  青春期:地表水系绝大部分转入地下,溶蚀作用继续进行,出现干谷、盲谷和地下水平溶洞,最后地下河系发育完善。
  壮年期:溶洞顶板崩蹋,形成塌陷漏斗、塌陷洼地,出现天生桥,河流时隐时现,地面溶蚀扩大形成许多溶蚀洼地和波立谷平原,正地形以峰林和孤峰为主。
  老年期:地面被溶蚀夷平,水系全部转到地表,仅有少数灰岩残丘、孤峰,形成波状的剥蚀平原和冲积平原,达到准平原状态。

  根据成因和形态特征,分为以下几类:
  钟乳石: 溶洞顶部向下生长的一种碳酸钙沉积物,又称石钟乳。是渗流水流入洞顶后因温 度、压力的变化,二氧化碳逸去,水中碳酸钙过饱和沉淀形成。开始以小突起附在洞顶,以后逐渐向下增长,具有同心圆状结构,形如钟乳而得名。洞口部位的钟乳石,因有藻类等低等生物附着生长,生物有向阳性,所以这种钟乳石向下生长时往往斜向洞外,属于生物喀斯特
  石幔:  渗流水中碳酸钙沿溶洞壁或倾斜的洞顶向下沉淀成层状堆积而成,因形如布幔而得名,又称石帘、石帷幕。
  石盾:  渗流水沿某一裂缝以一定角度渗出沉淀并呈盾状沉积物,盾体的直径从10多厘米至4或5米,厚度一般为2~10厘米,当渗流水较多时,便在盾面的下部形成钟乳石或石幔。
  石笋:  由溶洞底部向上生长的碳酸钙沉积物,形如笋状而得名。洞顶下滴的渗流水在洞底发生溅击作用,经水的蒸发,二氧化碳逸去,碳酸钙发生沉淀,形成由洞底自下而上生长的石笋。钟乳石和石笋彼此连接形成的柱状堆积,称为石柱。
  石珊瑚: 下滴水流和水花溅出的水珠粘附在洞壁或石笋、石幔的表面后,水珠中的碳酸钙再凝结而成的珊瑚状沉积。
  卷曲石: 螺旋状或扭曲向上的钟乳石。常侧向自由生长,有的呈发髻状,显示出不单纯受重力影响的特点。其成因尚未有一致看法,有毛细作用、气溶胶作用、蒸发作用等成因说。从中国情况看,它生长于非常湿润的封闭环境中,这种条件一旦被破坏,卷曲石就会停止生长。
  石珍珠: 在地下河溶洞滴水坑中形成的碳酸钙圆粒沉积物,又称穴珠、蛋石。小的为鲕粒,大的呈球状和饼状。
  边石: 地下水沿不平坦洞穴底部流动时由于二氧化碳散逸,碳酸钙沉淀形成。边石的边为花边,有的成小坝,边石内常积水成塘。
  云盆: 由中心向外、向上生长所形成底小面大的盆状碳酸钙沉积物,又称莲花盆。它有环形中心,大部分与洞顶的钟乳石对应。可单个分布,也可成群出现。其外围总有封闭的边石坝,能蓄水。
  泥林:  滴水侵蚀淤泥和碳酸钙板相间层所形成石林状的堆积物。多发育在由地下河发展而成的洞穴。在雨季时,地下河洪水上涌或渗流水带来大量粘土物质在洞底淤积成淤泥层;在干旱季节,则有薄层碳酸钙板覆盖上面,多年之后便形成相间层。泥林高1、2米,底部直径约20~30厘米。

  洞穴中的生物有洞穴植物、动物和微生物,以及极为丰富的生物化石 
  洞穴植物: 种类和数量都很少,只在洞口附近出现一些特殊植物,向内随着光的强度减弱,植物种类迅速减少,植物的器官和组织结构也发生变化。它们主要有羊齿植物、苔藓和地衣、藻类。
  洞穴动物: 包括真洞穴动物、喜洞穴动物和寄居性洞穴动物。
  1、真洞穴动物,只生存于洞内黑暗世界中,不能生活于洞外环境的动物。体内通常缺少色素,完全没有眼或仅有很小的眼,但触角很大,嗅觉灵敏,具有低消耗能量的新陈代谢。如洞穴鱼、洞螈、洞穴蜘蛛、尺蛾和膜足硬肢马陆。
  2、喜洞穴动物,在洞穴内完成生命循环、能在洞外黑暗潮湿环境中生活的动物。如蚯蚓、某些蝾螈。
  3、寄居性洞穴动物,临时寄居于洞内的动物,如蝙蝠。

  洞穴深处的温度与当地年平均温度相近。一般说,洞穴温度随洞穴的高程和纬度而变化,高程和纬度愈高,洞穴温度愈低。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,故这种洞穴的温度要比周围低,称为冷洞;由洞口向上倾斜升起的单洞口洞穴,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。自然界洞穴中几乎全部能觉察到空气的流动,有的在夏季从洞内吹出凉风,有的在冬季向洞外喷出热气,有的洞穴内空气有周期性的吸进和吹出,形成呼吸洞。洞穴空气是比较干净的,细菌很少,空气的电离也很弱,所以不少国家建立了"洞穴治疗",目前主要治疗支气管哮喘、风湿痛和高血压等。

  由于钟乳石的生成必须在洞穴脱离全充水状态之后,故对某一洞穴来说,钟乳石的生成年代要相对较晚。一般情况是,洞内最古老的钟乳石年龄大约在35万年以上,一百万年以内。

  这类钟乳石的外表都表现为严重的风化剥蚀状态,所在洞穴分布的位置对于当地的河谷来说,亦是相对较高。我们在洞内所见到的外表色泽较深(褐色至灰黑色),表层虽轻微风化但尚未成层剥落并已停止生长的一类钟乳石年龄大概在15-30万年之间。那些表层光滑坚实、色泽又较浅者则多在10万年以内生成。洞内最年轻一代钟乳石的年龄是2000至20000年和今日还在继续生长的部分。

  关于洞穴钟乳石的生长速度(以每千年增高的厘米数计算),有以下几组实测数据,从中可见一斑:浙江瑶琳洞石笋为7.9厘米;流石为1.6厘米,辽宁本溪水洞石笋为6.76厘米;湖南张家界黄龙洞为12.23厘米。即石笋一般的生长速度大约是一万年可增高0.6-1.2米,而在各类钟乳石的形成过程中,石笋的沉积速度算是最快的。因为洞顶滴水在降落到洞底的途中,水滴有机会被分割到微细粒以致溅水水雾的程度,从而使水体表面积增大并造成内部压力减少,为二氧化碳的不断逸出提供了条件,从而沉积更多的碳酸钙。在浙江瑶琳洞,测试的数据表明,其它流石的沉积速度仅为石笋的1/5。 
  
  可见每一个精致的造物,都花费了自然无数的神工与岁月。