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洞穴次生化學(xué)沉積,這名字是不是令人費(fèi)解?那么說(shuō)鐘乳石、石筍、石花,是不是就恍然大悟了?在石灰?guī)r溶洞中,這些由碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽等為主要成分,經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)年代形成的沉積,造就了洞穴中令人目不暇接的美麗。
滴水沉積
喀斯特洞穴中最為普遍的,便是千姿百態(tài)的石鐘乳、石筍、石柱和鵝管了。它們由洞頂?shù)嗡纬傻模3?gòu)成或宏偉或雅致的景觀。
石鐘乳:也叫鐘乳石,自洞頂向下垂直生長(zhǎng),橫斷面為縱向同心紋理結(jié)構(gòu)。
鵝管:是鐘乳石發(fā)育過(guò)程中最初的造型,自洞頂向下生長(zhǎng),上下大小基本一致,呈空心細(xì)玻璃管狀。如洞內(nèi)環(huán)境潔凈無(wú)污染,便常能造就色如白玉、質(zhì)似凝脂的鵝管。
石筍:自洞底向上生長(zhǎng),具疊層狀結(jié)構(gòu)。同一處滴水,在洞頂生成鐘乳石,在洞底則生成石筍,所以兩者總是對(duì)應(yīng)形成。石鐘乳上的水滴墜落洞底,由于動(dòng)力沖擊,水滴破碎,CO2逸出,便具有了更高的碳酸鈣飽和度,所以在許多情況下,石筍沉積的速度要比石鐘乳快,石筍形體常較對(duì)應(yīng)的石鐘乳更為高大。
流水沉積
洞內(nèi)的流水,也能形成千姿百態(tài)的沉積物,常見有石旗、石幕、石瀑布、穴盾、鈣板等。
石旗:飽含重碳酸鈣的連續(xù)性細(xì)小水流,在洞頂或洞壁上形成的薄而透明的“旗幟”(攝影/朱學(xué)穩(wěn))。
石幕、石瀑布:飽含重碳酸鈣的薄層水流,自洞頂或洞壁流出,沉積為褶狀的,形如布幔的叫做石幕,又叫石簾、石帷幕;沉積為帶狀的,形如瀑布的便是石瀑布。重慶芙蓉洞內(nèi)的“巨幕飛瀑”,便由左邊的巨型石幔和右邊的石瀑布共同構(gòu)成,顏色潔白,形狀光滑,是這類沉積物的最典型代表。
石盾:又稱調(diào)色板,由上下兩塊平行的板組成,恰似盾狀。它多出現(xiàn)于洞壁及洞頂,沿某一裂縫、以一定角度滲出的縫隙流水,從裂縫口部形成兩個(gè)吻合的板面,有各自向外側(cè)增生的環(huán)形紋理,兩片盾板之間的縫隙,是流水通過(guò)的地方。盾板或仰或俯,或直立或水平,有著不同傾向和傾角。石盾直徑有10多厘米的,也能達(dá)到45米,厚度一般為210厘米。若裂隙水流量較大,從石盾周緣裂口流出的水往往可向下形成石幔,并與盾面組成一種有趣的“圓頂蚊帳”。
池水沉積
洞內(nèi)的積水池塘,雖然平靜,卻也孕育著美麗的沉積物。
邊石:地下水沿著不平坦的洞穴底部流動(dòng)時(shí),碳酸鈣沉淀形成邊石。邊石的邊為花邊,邊石內(nèi)常積水成塘。橫過(guò)水流方向、凸向下游的壩狀邊石叫做邊石壩,形似梯田(攝影/單之薔)。
月奶石:一種乳白色沉積物,由極細(xì)的、多種成分的晶體集合而成,在其形成過(guò)程中微生物起著重要作用。正如它的名字,月奶石在濕的時(shí)候質(zhì)地呈奶酪一般的糊狀,干的時(shí)候則呈粉狀。
飛濺水沉積
洞內(nèi)滴落水濺飛的水霧或細(xì)微水珠,也能造就出奇妙的沉積物。
石葡萄:溶洞中下滴水流和水花濺出的水珠,黏附在洞壁或鐘乳石、石筍、石幔的表面,形成的葡萄狀碳酸鈣沉積物(攝影/單之薔)
協(xié)同沉積
由兩種以上不同運(yùn)動(dòng)方式的水流“合力完成”,如云盆、穴珠、石蘑菇、晶錐、棕櫚狀石筍等。
云盆:流石壩中的池水,在極其嚴(yán)格而又非常巧妙的協(xié)同作用下,經(jīng)漫長(zhǎng)歲月疊合而成蓮花的形態(tài)。云盆有環(huán)形中心,大部分與洞頂?shù)溺娙槭瘜?duì)應(yīng),其外圍總有封閉的邊石壩,像一個(gè)能蓄水的水盆。
穴珠:小粒的燧石、砂或粘士,由于水的擾動(dòng),使核心不斷滾動(dòng),并在周圍逐漸沉淀碳酸鈣,形成具有同心球結(jié)構(gòu)的穴珠。美國(guó)列楚基耶洞積水中像巧克力一樣的珠子,圓潤(rùn)可愛,讓人無(wú)比心醉,只想撿起一顆放入嘴里,品嘗一下絲滑的味道。
毛細(xì)水沉積
洞壁或鐘乳石中析出的毛細(xì)水和薄膜水,其特點(diǎn)是不受重力的影響,造就了石花等沉積形態(tài)。這類沉積物一般出現(xiàn)在洞內(nèi)比較封閉的地段,往往形成更為玲瓏透剔的景觀。
石花:由霧水沉積而成。呈叢花狀散布在洞壁或其它洞穴堆積物表面,潔白晶瑩,呈花瓣放射狀生長(zhǎng),美麗異常(攝影/朱學(xué)穩(wěn))
卷曲石:由毛細(xì)滲透水形成的樹枝狀或卷曲狀及螺旋狀的沉積物,也叫石枝。生長(zhǎng)過(guò)程中,石枝受到的地心引力很小,所以形態(tài)各異,有的向上卷曲,有的向下卷曲,有的呈波紋狀、水平狀,還有的不規(guī)則生長(zhǎng)。一般卷曲石較為普通,與大量細(xì)小鐘乳石共生同長(zhǎng),粗壯短小,多數(shù)形如發(fā)簪。也不乏個(gè)中極品:美國(guó)列楚基耶洞內(nèi)的石枝雪白如玉,最長(zhǎng)達(dá)6.1米;重慶武隆芙蓉洞內(nèi)的卷曲石則以形態(tài)各異、顏色絢麗著稱(攝影/朱學(xué)穩(wěn))。
石花:由霧水沉積而成。呈叢花狀散布在洞壁或其它洞穴堆積物表面,潔白晶瑩,呈花瓣放射狀生長(zhǎng),美麗異常(供圖/Dave Bunnell)
背景知識(shí):
碳酸鈣的溶解和再沉積
在洞穴中,巖層中的碳酸鈣的溶解和再沉積作用是水(H2O)、二氧化碳(CO2)和碳酸鈣(CaCO3)液態(tài)、氣態(tài)、固態(tài)三相轉(zhuǎn)化和系統(tǒng)平衡的過(guò)程,反應(yīng)是可逆的。即水對(duì)碳酸鹽巖的溶解作用,主要借助于溶解其中的二氧化碳而形成的侵蝕性進(jìn)行的,相反,當(dāng)溶解有碳酸鈣的地下水從巖層的裂隙中流出時(shí),由于水體環(huán)境(溫度、壓力、微生物等條件)變化,造成二氧化碳逸出,于是水溶液中的碳酸鈣便沉淀下來(lái),生成各種洞穴次生碳酸鈣沉積物。
按控制其形成的水流狀態(tài),可將洞穴碳酸鈣次生沉積物細(xì)分為滴水沉積、流水沉積、停滯水沉積、飛濺水沉積、毛細(xì)水沉積和協(xié)同沉積這幾類。