喀斯特地貌的雕刻師——水

作者簡介

翟秀敏，博士，副研究員，地質(zhì)出版社科普教育分社副主任，中國地質(zhì)學(xué)會洞穴專業(yè)委員會常務(wù)副秘書長。長期從事喀斯特地質(zhì)遺跡調(diào)查與評價、喀斯特地貌形成與演化的研究，成功申報喀斯特類世界自然遺產(chǎn)3項、世界地質(zhì)公園4項，發(fā)表科普專著4部，論文10余篇。

“仁者樂山，智者樂水”，山勾勒了自然的輪廓，水雕刻了山石的俊美。

400多年前，明代地理學(xué)家徐霞客來到貴州省西南地區(qū)，氣勢磅礴的錐狀喀斯特景觀令其贊嘆不已。這絕美的喀斯特地貌，正是水在時間和空間維度的雕琢，繪出了神奇的景觀。

興義世界地質(zhì)公園的水是一位技藝高超的“雕刻師”，它流動于地表、地下空間，在地球歷史演化的長河中，用它的侵蝕力、溶蝕力、搬運(yùn)力，在地表、地下等所及之處，落筆雕琢。

回望遙遠(yuǎn)的三疊紀(jì)時期，水已經(jīng)開始勾勒興義如今的這些奇景。那時候興義的淺海區(qū)不僅作為貴州龍動物群的棲息家園，還沉積了厚厚的碳酸鹽巖地層，為后期形成氣勢磅礴的萬峰林提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。深海地區(qū)則沉積形成了砂巖和頁巖，構(gòu)成了萬峰林與南盤江地區(qū)在地貌上的分界線，如今看上去就如低矮的壟狀土山。萬峰湖岸邊那犬牙交錯的地貌，告訴了我們過去海水深淺的歷史界線。當(dāng)你站在玉皇頂，欣賞云卷云舒，你恰站在了大海深水與淺水區(qū)域分界線的邊緣。玉皇頂上的日出日落，是地球自轉(zhuǎn)的時間線條；玉皇頂前的“石山”與“土山”，則是海水漲落的時間印記。

隨著地殼的構(gòu)造抬升，地層巖石接受了剝蝕，逐漸地出露地表，開始了千姿百態(tài)的造景過程。其中最大的貢獻(xiàn)者就是水?？梢哉f，水是喀斯特地貌的塑造動力，有了水才有了一切喀斯特地貌的開始。

世界上的碳酸鹽巖分布面積超過了2000萬平方公里，中國的碳酸鹽巖分布面積有344萬平方公里。但是最美、最壯觀、最具有特色的喀斯特地貌都在中國的西南地區(qū)。巖石雖然是喀斯特地貌發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，但是脫離了水的雕刻，那么地貌就顯得遜色多了，就如中國北方的喀斯特地貌，沒有南方峰叢、峰林、石林地貌的優(yōu)美與多樣。徐霞客用“磅礴數(shù)千里，為西南形勝”，贊美了西南絕美的喀斯特地貌，也從另一角度稱贊了水的神奇之處。

興義的水，有著地表水的洶涌澎湃，勢不可擋。馬嶺河、南盤江及黃泥河從北側(cè)、南側(cè)、西側(cè)對興義地區(qū)進(jìn)行強(qiáng)烈切割，為萬峰林、奇香園峰林、馬嶺河峽谷的形成提供了動力條件。發(fā)源于烏蒙山區(qū)域的馬嶺河和周邊的地表支流，憑著排泄至南盤江區(qū)域的強(qiáng)大地勢落差，以強(qiáng)大的侵蝕力，雕刻出了那道地球上最美的印記。馬嶺河兩岸眾多的地表支流、巖溶泉水墜入深切的主谷，形成千姿百態(tài)的瀑布群，豐水期有大小瀑布100余條，長年性瀑布56條，瀑高50～200m不等，大者“疑是銀河落九天”，小者紛紛揚(yáng)揚(yáng)似水簾，塑造出幽谷群瀑爭奇斗艷的絕妙景色。

那么，馬嶺河峽谷兩岸為何會形成壯觀的瀑布群景觀，兩岸的水為什么沒有在漏水的喀斯特地貌區(qū)域潛入地下呢？這得益于區(qū)域上三疊系白云巖地層中的泥質(zhì)弱透水層，它阻擋了水的下滲，為瀑布的形成提供了水源條件。向斜匯水的盆狀構(gòu)造，從兩側(cè)匯集了地表水和地下水流，遇到深切的峽谷就形成了萬馬奔騰的瀑布景觀。

如果說瀑布增添了馬嶺河峽谷的壯麗，那么納灰河的水則賦予了萬峰林的柔美。納灰河如一條藍(lán)綠色的“絲帶”點綴在萬峰林的谷地之中，恰如萬峰林的“母親河”，為萬峰林區(qū)域帶來了肥沃的土壤，讓布依族群眾在這里有了富足的生活。從插秧到收獲，田野從綠色到金黃，風(fēng)吹稻花香，看稻浪如水上波紋散開，看天邊云卷云舒，在萬峰林中感受慢生活的安逸。

納灰河的水成就了萬峰林的美景，是雨水和河流共同作用的結(jié)果。雨水沿著裂隙滲入地下，混合著大氣中、土壤中、巖石中的二氧化碳?xì)怏w，形成酸性溶液逐步溶解巖石，讓巖石高低錯落，凸凹不平。來自上游的地表河是從非喀斯特地貌區(qū)流進(jìn)了喀斯特區(qū)域，它的水并不飽和，多股水流的匯集讓納灰河上游區(qū)域的山峰更加離立，奇香園區(qū)域的峰林就比萬峰林離散得多，這是上游侵蝕性水的杰作。西側(cè)的地下河支流，從多個方向分割著山峰，讓巖石間的裂隙加寬，到最后的分離。散落在萬峰林谷地的孤峰，正是水鍥而不舍離立石峰的結(jié)果。

在納灰河谷地的盡頭，納灰河從地表經(jīng)落水洞潛入了地下，又在下游海子村流出，繼而又進(jìn)入地下，從萬峰湖吉隆堡碼頭排到萬峰湖。地表水與地下水明暗交錯，為納灰河地區(qū)的水力發(fā)電提供了動力。

從北到南的河流，沿著地勢的高低延展的方向，或以馬嶺河為初級裂點，或以萬峰湖為排泄基準(zhǔn)面，讓水流從北到南借著地勢落差之力，結(jié)合水的溶蝕、侵蝕、搬運(yùn)之力，將地表萬千峰叢的組成物質(zhì)，一點一點搬運(yùn)帶走，久而久之，在高低錯落中勾勒了大自然的美麗畫卷。

水如刻刀，在空間的維度上有著不同的力道，讓山峰遠(yuǎn)看高低各不同；在時間維度上有著作用力的主次區(qū)域，讓山峰的分離各不相同。水這位喀斯特地貌的雕刻師，在過去刻出了綿延千里的數(shù)萬峰叢，在未來也會繼續(xù)改造地表與地下的形態(tài)。在將來的某一天，新的峰叢與峰林、峽谷與瀑布、湖泊與濕地會成為新的喀斯特美景，為后續(xù)一代又一代提供一覽自然奇觀的可能。（責(zé)任編輯/謝予謙）

地質(zhì)科普

1.碳酸鹽巖是怎么形成的？

碳酸鹽巖是自然界中重碳酸鈣溶液發(fā)生過飽和，從水體中沉淀形成的。碳酸鹽巖的礦物成分是方解石、白云石，其主要化學(xué)成分是碳酸鈣（CaCO3）或碳酸鈣鎂（MaCa（CO3）2）。以方解石為主的沉積巖稱為石灰?guī)r，以白云石為主的沉積巖稱為白云巖。

（1） 形成環(huán)境

碳酸鹽沉積主要形成于低緯度帶、無河流注入的清澈而溫暖的淺海及濱岸地區(qū)。

海水清澈不混濁，有利于生物生存繁殖；無陸源物質(zhì)注入也無淡水注入，保證海水水體易飽和及過飽和，形成碳酸鹽沉淀。否則幾乎無碳酸鹽巖沉積。

透光的淺水，陽光和氧氣充足，有利于生物生存繁殖；淺水溫度較高而壓力較小，碳酸鹽因溶解度降低而過飽和，有利于碳酸鹽的沉積。

溫暖淺海最有利于多種碳酸鹽的沉積，因為現(xiàn)代海洋碳酸鹽沉積主要集中分布在南北緯 30°之間。

深水區(qū)溫度較低、壓力大，碳酸鹽不飽和；而且深水區(qū)生物難以生存繁殖，也不利于碳酸鹽巖的形成。

（2） 形成過程

淺海環(huán)境中，介殼生物（鈣質(zhì)骨骼生物）繁盛，如腕足類、腹足類、斧足類、珊瑚、頭足類、海百合、海綿、層孔蟲等，以其堅硬的鈣質(zhì)骨骼形成骨骼格架；其次，一些藻類，如藍(lán)藻和紅藻，其粘液可以粘結(jié)其它碳酸鹽組分，如灰泥、顆粒、生物碎屑等，從而形成粘結(jié)格架。二者為碳酸鹽巖的形成提供了主要的物質(zhì)來源。隨后，經(jīng)過溶解作用、沉淀作用，礦物的轉(zhuǎn)化作用和重結(jié)晶作用、膠結(jié)作用、交代作用、壓實作用以及壓溶作用等，形成碳酸鹽巖。

2.什么是喀斯特？

喀斯特，是由地名“喀爾斯”（kras）演化而來?？査刮挥诘刂泻５暮０兜貐^(qū)，是一處海拔 150～450 米，面積約 550 平方公里的石灰?guī)r高地，屬于斯洛文尼亞和意大利。意大利人稱之為“carso”，而德國人稱之為“karst”?！発ras”是石頭的意思，喀爾斯高地發(fā)育各種典型巖溶地貌形態(tài)，如洼地、坡立谷、漏斗、溶溝、石牙、溶洞、豎井等。因早期研究這種石灰?guī)r地形的文章多用德文，后來即傳開以喀斯特（“karst”）來命名這類地貌現(xiàn)象。

喀斯特的同義詞，叫巖溶。1966 年，在廣西南寧召開的“中國地質(zhì)學(xué)會第一次喀斯特學(xué)術(shù)會議”上，有代表建議，“喀斯特”是個洋名，不易為大多數(shù)人所理解，改為“巖溶”。 “巖溶”，顧名思議就是水對碳酸鹽巖的溶蝕，并水的機(jī)械侵蝕作用、沉積作用、以及崩塌作用所形成的景觀。

與其它地貌不同，喀斯特地貌分為地表和地下兩個部分。地表正地形景觀有峰叢、峰林、叢丘、殘丘和石牙，地表負(fù)地形景觀有天坑、漏斗、落水洞、豎井、盲谷、干谷、洼地、坡立谷、峽谷、溶溝、平原等。根據(jù)巖性的不同，將喀斯特景觀分為全巖溶、半巖溶和非巖溶。全巖溶景觀是在質(zhì)純的碳酸鹽巖地區(qū)，主要由水的溶蝕作用形成的地貌，正負(fù)地形明顯，地表缺乏線狀水流，洞穴數(shù)量眾多；半巖溶景觀是在不純碳酸鹽巖區(qū)，如碳酸鹽巖與碎屑巖互層、泥質(zhì)灰?guī)r等地區(qū)形成的地貌，正地形不是拔地而起的石峰，而多為渾圓的穹丘，負(fù)地形多為鍋狀洼地和略有起伏的平原；非巖溶地貌是在碎屑巖地區(qū)，由侵蝕作用形成的地貌，山體完整，分水嶺脊線連續(xù)，山坡溝谷密集，線狀水流侵蝕強(qiáng)烈，地表水系沿地形傾斜方向連續(xù)分布。

喀斯特洞穴是喀斯特的地下世界。溶洞可以是短小、單一的地下空間，也可以是大到容得下飛機(jī)、復(fù)雜的延伸數(shù)百公里的地下通道網(wǎng)。它們是地球上最奇特，且充滿神秘感的地方。

喀斯特洞穴的成因：地殼運(yùn)動的時候，在碳酸鹽巖地層中形成斷層和節(jié)理等裂隙，裂隙成為水流穿越的路徑。碳酸鹽巖遇到自然界弱酸性的水，其中的碳酸鈣就會被溶解，隨著地下水流流進(jìn)江河，回到大海；久而久之，形成人可進(jìn)入的天然地下空間。相反，當(dāng)裂隙水流進(jìn)入洞穴空間，由于溫度和壓力變化，溶解于水中的碳酸鈣會沉積，形成鐘乳石。

溶洞是一個環(huán)境相對穩(wěn)定、相對獨立的、恒溫、潮濕、黑暗、安靜的地下世界，沒有太陽直接輻射和天空散射的變化，調(diào)節(jié)其氣候變化主要是通過洞內(nèi)空氣和水流運(yùn)動來實現(xiàn)。一般說來，洞口一帶的氣溫受外部環(huán)境影響大，其日變化與年變化與當(dāng)?shù)氐乇須鉁叵嘟?；越往洞?nèi)，氣溫波動越小直至不受外界影響，基本穩(wěn)定在當(dāng)?shù)囟嗄昶骄鶜鉁刈笥?。洞穴溫度還因洞穴形態(tài)和洞口數(shù)目而異：由洞口向下傾斜的單洞口洞穴，冬季時冷空氣下沉洞底，夏季洞外熱而輕的暖空氣難以進(jìn)入洞內(nèi)，故這種洞穴的溫度要比周圍低，稱為冷洞，在高海拔地區(qū)，洞內(nèi)的年平均溫度低于 0℃，在冷風(fēng)循環(huán)機(jī)制條件下會形成冰洞；由洞口向上傾斜的單洞口洞穴，暖空氣保留在洞穴的上部，難以流動，溫度比周圍要高些，稱為暖洞。

大部分洞穴都能覺察到空氣的流動，有的在夏季從洞內(nèi)吹涼風(fēng)，有的在冬季向洞外噴熱氣，有的洞內(nèi)空氣周期性的吸進(jìn)和吹出，形成呼吸洞。洞口越多，與外界空氣交換越頻繁，則其氣候波動幅度越大。如果洞穴所在地年溫差和日溫差大，就會因洞內(nèi)外溫差較大而產(chǎn)生空氣流動。如夏季或午間空氣多往洞外流動；冬季或夜間空氣則多往洞內(nèi)流動。在洞內(nèi)因通道橫斷面突然變小所產(chǎn)生的空氣密度差也能導(dǎo)致速度較大的空氣流動。

3.中國南方喀斯特

在中國南方，以貴州為中心，包括云南、廣西、四川、重慶、湖南等地，連續(xù)分布的喀斯特面積約 55 萬平方公里，是全球兩個最大的喀斯特區(qū)域之一（另一個是歐洲的迪納里克喀斯特區(qū)域），稱為中國南方喀斯特。

中國南方喀斯特區(qū)域的碳酸鹽巖地層厚度巨大，地質(zhì)年代跨度長（寒武紀(jì)－三疊紀(jì)）。由于有利的地質(zhì)、水文和氣候條件，形成了極為多樣的喀斯特地貌。

中國南方喀斯特系列遺產(chǎn)包含從高原到低地平原最具代表性喀斯特的地貌如塔狀喀斯特（峰林）、劍狀喀斯特（石林）、錐狀喀斯特（峰叢）地貌，反映了一個熱帶亞熱帶地區(qū)完整的喀斯特演化過程，同時也展示了一些世界上最壯觀、最多樣的喀斯特景觀，聯(lián)合描繪了從二疊紀(jì)到現(xiàn)在間隔為兩億年的喀斯特景觀演化史和地質(zhì)演化史，具有重要的科學(xué)和美學(xué)價值。