探洞穴，別有洞天

張遠海

洞穴，是一處滿是神秘的所在。不知是自然造物天生賦予了它們無窮的魔力，還是人類向來喜歡探尋，總之，洞穴一直牢牢吸引著人類好奇的目光。下面，就讓我們跟隨巖溶地質(zhì)專家一起，探秘神奇的喀斯特洞穴世界。

喀斯特洞穴的秘密

喀斯特洞穴是喀斯特地貌的地下世界，是可溶巖（主要為碳酸鹽巖）因水的運移、溶蝕、侵蝕和重力崩塌作用而形成的。最初，水運移的空間是原始孔隙，非常狹小，水流以層流為主，溶蝕非常緩慢；當孔隙發(fā)育成孔洞后，水流稍快，發(fā)生紊流作用，溶蝕增強，形成狹小的孔洞網(wǎng)；后來受地質(zhì)因素影響，發(fā)生襲奪，水流選擇最佳路徑擴大形成洞穴。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、復(fù)雜到延伸數(shù)百千米的地下通道網(wǎng)。它們是地球上最奇特且充滿神秘感的地方。

溶洞內(nèi)的氣候變化

溶洞是一個環(huán)境相對穩(wěn)定、獨立、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影響，那溶洞怎么調(diào)節(jié)自己的小氣候呢？原來，溶洞的氣候變化主要是通過洞內(nèi)空氣和水流的運動來實現(xiàn)。一般，洞口地帶的氣溫受外部環(huán)境影響大，其日變化與年變化與當?shù)氐乇須鉁叵嘟贿M入洞內(nèi)越深，氣溫波動越小，直至不受外界影響，基本穩(wěn)定在當?shù)囟嗄昶骄鶜鉁厣舷隆?/p>

在大部分洞穴中都能覺察到空氣的流動，有的在夏季向洞外吹涼風，有的在冬季向洞外噴熱氣，有的洞穴內(nèi)空氣周期性地吸進和吹出，形成呼吸洞。洞口越多，與外界空氣的交換就越頻繁，其氣候波動幅度就越大。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，而冬季或夜間空氣則多往洞內(nèi)流動。

溶洞的年齡有多大

洞穴形成后，至今究竟有多少年了呢？這個問題需要通過地貌分析來獲知。比如高緯度地區(qū)的洞穴，由于第四紀以來氣候變化導(dǎo)致的大面積冰川剝蝕，古老的溶洞恐怕早就被夷平了；低緯度地區(qū)的洞穴，雖然沒有冰川的影響，一些老洞得以保存，但即使是那些大型的洞道，也不過數(shù)百萬年的歷史。而上千萬年歷史的洞穴可能埋藏于地下深處，即使有洞穴空間，也被后期的沉積物所充填。

我們可以依靠這些充填沉積物，通過古地貌分析，利用古地磁、碳-14、熱釋光、光釋光、裂變徑跡法、宇生核素測年等方法，對溶洞相對年齡和絕對年齡進行測定。最近，科研人員采集了重慶金佛洞古地下河沉積物中的石英，利用宇生核素地質(zhì)年代測定法，測定該洞穴年齡下限為570萬年，是目前中國有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的最古老洞穴，改變了中國對溶洞形成于第四紀的普遍看法。此外，結(jié)合各種古環(huán)境變化信息，通過確定洞穴年齡，還可以建立區(qū)域地質(zhì)歷史演變過程，特別是各種事件發(fā)生的時間系列。

石筍的記憶

溶洞洞頂?shù)牡嗡?jīng)過碳酸鹽巖的裂隙，一滴一滴地滴到洞底。滴落過程中，二氧化碳不斷逸出，水過飽和并析出碳酸鈣，沉積在洞穴底板，日積月累，慢慢地長成石筍。

石筍具有獨特的蓋帽型生長特征，其形成過程中包含了古地球化學(xué)特征。由于石筍分布廣泛、時間跨度大、受外界干擾小、生長機制對外部環(huán)境敏感、測年和采樣成本低廉，使其成為一種不可多得的陸地古環(huán)境信息源。通過沿石筍生長軸取樣，測定其年齡，可以重建過去降水和溫度變化的古氣候。

石筍的沉積速率在不同條件下是不同的，據(jù)目前研究，石筍生長速率最快為大于10mm/10年，最慢僅為1mm/1000年，有時甚至停止生長。受氣候演變規(guī)律的控制，石筍生長與停止生長反復(fù)交替，其變化的節(jié)律就是探索季風強度、降水、氣溫、生態(tài)環(huán)境變化奧秘的鑰匙。

在光線充足的洞口帶，綠色植物生機盎然，但是由于洞穴空間和光照有限，因此草本植物占絕對優(yōu)勢，而灌木、藤本、高大喬木較少。弱光帶通過洞口與外界相連，光照強度很小，濕度較大，種子通過雨水、風、動物等被帶入洞內(nèi)，且主要是耐陰濕的植物，如冷水花、鳳尾蕨、苔蘚、念珠藻、藍藻等。黑暗帶由于沒有光，植物不能進行正常的光合作用，因此這里沒有綠色植物，只有菌類。有些植物由于對洞穴環(huán)境的適應(yīng)，只能生長于洞穴中，離開洞穴環(huán)境則不能正常生長，如苦苣苔科植物。

洞穴生物

溶洞，其實并非除了石頭就空無一物，它也是很多生物的家園。就像城市分成很多街區(qū)一樣，一個溶洞也可以分成不同的區(qū)域。洞口附近光線充足，隨四季變化，這個區(qū)域叫洞口帶；再進去一點，光線變暗，基本可見的區(qū)域叫弱光帶；再往洞內(nèi)深處就沒有光線了，伸手不見五指，這個區(qū)域叫黑暗帶。

洞穴植物

溶洞洞頂?shù)牡嗡?jīng)過碳酸鹽巖的裂隙，一滴一滴地滴到洞底。滴落過程中，二氧化碳不斷逸出，水過飽和并析出碳酸鈣，沉積在洞穴底板，日積月累，慢慢地長成石筍。

石筍具有獨特的蓋帽型生長特征，其形成過程中包含了古地球化學(xué)特征。由于石筍分布廣泛、時間跨度大、受外界干擾小、生長機制對外部環(huán)境敏感、測年和采樣成本低廉，使其成為一種不可多得的陸地古環(huán)境信息源。通過沿石筍生長軸取樣，測定其年齡，可以重建過去降水和溫度變化的古氣候。

石筍的沉積速率在不同條件下是不同的，據(jù)目前研究，石筍生長速率最快為大于10mm/10年，最慢僅為1mm/1000年，有時甚至停止生長。受氣候演變規(guī)律的控制，石筍生長與停止生長反復(fù)交替，其變化的節(jié)律就是探索季風強度、降水、氣溫、生態(tài)環(huán)境變化奧秘的鑰匙。

在光線充足的洞口帶，綠色植物生機盎然，但是由于洞穴空間和光照有限，因此草本植物占絕對優(yōu)勢，而灌木、藤本、高大喬木較少。弱光帶通過洞口與外界相連，光照強度很小，濕度較大，種子通過雨水、風、動物等被帶入洞內(nèi)，且主要是耐陰濕的植物，如冷水花、鳳尾蕨、苔蘚、念珠藻、藍藻等。黑暗帶由于沒有光，植物不能進行正常的光合作用，因此這里沒有綠色植物，只有菌類。有些植物由于對洞穴環(huán)境的適應(yīng)，只能生長于洞穴中，離開洞穴環(huán)境則不能正常生長，如苦苣苔科植物。

特色溶洞

全球喀斯特洞穴眾多，每年還不斷有新的溶洞被發(fā)現(xiàn)。

世界上最長的溶洞是美國的犸猛洞，長度為651784米。世界排名前十的大型溶洞大部分位于美洲，其中美國有5個，墨西哥有2個。中國最長溶洞為貴州的雙河溶洞，長度為200427米，排名世界第十。

世界最深的溶洞是格魯吉亞的克魯巴拉洞，探測深度2197米。它位于西高加索地區(qū)，這個地方豎井特別多。中國最深豎井群位于重慶烏江一帶，深度上千米。

除此之外，世界上超過100萬立方米的溶洞大廳有13個。容積最大者為貴州的苗廳，容積為1057萬立方米；底面積最大者是馬來西亞的沙撈越大廳，面積16萬平方米；洞廳最高者為重慶的云梯大廳，高度365米。