走進(jìn)天坑的神秘“王國”

張亞麗 張遠(yuǎn)海

天坑，是一個從民間走進(jìn)科學(xué)殿堂的巖溶學(xué)專用術(shù)語，指的是碳酸鹽巖地區(qū)的溶洞大廳形成的，口徑和深度不小于百米，和（或）容積大于一百萬立方米，四周或大部分周壁為陡崖，且與或曾與地下河溶洞相通的特大型漏斗。

有不少人問，天坑明明形成于地上，為什么不叫“地坑”，而命名為“天坑”呢？

其實(shí)，天坑作為一種特殊的巖溶地貌形態(tài)，國內(nèi)外不同地區(qū)對其稱呼也不同，例如：重慶市奉節(jié)縣稱之為“天坑”、云陽縣稱之為“龍缸”、武隆區(qū)稱之為“石垸”，四川省興文縣稱之為“巖灣”，廣西樂業(yè)縣稱之為“石圍”，湖北省利川市稱之為“大甕”，陜西省寧強(qiáng)縣稱之為“地洞”、鎮(zhèn)巴縣稱之為“圈子崖”。

?廣西的大宴坪退化天坑（攝影/唐全生）

在這些民間稱謂中，中國巖溶地質(zhì)學(xué)家朱學(xué)穩(wěn)先生覺得“天坑”最能確切地表達(dá)這種地貌的形態(tài)特征。天，是特別大的意思;坑，指負(fù)地形。而“地坑”一詞多指黃土高原地區(qū)的地下窯洞，不適合用于指中國南方的巖溶地貌。

天坑的形成，經(jīng)歷了碳酸鹽巖溶蝕作用-地下河形成-溶洞大廳-重力坍塌的過程。而上述各地對天坑不同的稱謂，從某種程度上，反映了天坑的不同演化階段的形態(tài)，例如：“甕”“缸”

“垸”，分別對應(yīng)不成熟天坑、成熟天坑和退化天坑，即：洞頂不完全崩塌的天坑，洞頂完全崩塌、四周崖壁直立的天坑，以及天坑崖壁退化形成豁口的天坑。

20年前，全球發(fā)現(xiàn)的天坑數(shù)量僅為79個。近年來，得益于高清晰度的衛(wèi)星影像圖，研究者們在全球發(fā)現(xiàn)了300多個天坑。

其中，世界最大的天坑是重慶市奉節(jié)縣的小寨天坑，天坑四周被險(xiǎn)峻的、幾乎直立的石灰?guī)r陡壁圈閉，最大和最小深度分別為662米和511米，容積為1.19億立方米。

最大的天坑群是中國廣西大石圍天坑群，由29個天坑組成，分布于162千米長的百朗地下河中游。其中，最大的大石圍天坑，東西長600米，南北寬420米，最大深度613米，最小深度378米，容積0.745億立方米。

天坑的“年齡”有多大？它們在地球上存在了多久呢？

2007年，中國地質(zhì)科學(xué)院教授黃保健通過對廣西大石圍天坑周壁石灰?guī)r的研究，認(rèn)定其形成年代在距今3萬～2萬年之間。

2017年，陜西省地質(zhì)調(diào)查院高級工程師任娟剛利用多種研究方法，認(rèn)定陜西漢中天坑群的形成年代在距今18.9萬～12.6萬年之間。

湖北西部的天坑群位于長江南岸分水嶺地帶，三峽古夷平面上的古冰川開始融化，河流快速下切，石灰?guī)r在地表雨水和地下水的同時作用下，發(fā)生溶蝕作用形成天坑，這些天坑的“年齡”基本不超過10萬年。

那之前有沒有天坑呢？有，但天坑崖壁是最不穩(wěn)定的邊坡，終究經(jīng)受不住歲月的考驗(yàn)。在那些更久遠(yuǎn)的地質(zhì)歷史中，并非沒有天坑，而是我們無緣看見，它們?nèi)垦蜎]在地球歷史演化的滾滾紅塵之中了。

天坑，始于地下河、溶洞，成于塌陷露出地表，終止于崖壁退化，消失于洼地、谷地之中。天坑見證了巖溶地貌演化的奇跡，記錄了巖溶地質(zhì)演化的歷史。這是天坑的地球科學(xué)價值所在。

?冒氣洞（不成熟天坑） （攝影/李晉）

其次，天坑形成之后，絕壁環(huán)繞，免受外界干擾而形成了獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)。尤其是在現(xiàn)代地質(zhì)與氣候變化、生境片段化以及巖溶石漠化的背景下，天坑成為了現(xiàn)代生物的“避難所”。這是其生物學(xué)價值所在。

第三，天坑四周崖壁圈閉下的“坐井觀天”，與俯視天坑底部的“無底深淵”形成強(qiáng)烈對比，而天坑所依托的壯麗石峰，特殊生境下的天坑植被，都彰顯了天坑與眾不同的魅力。這是其美學(xué)價值所在。同時，這一屬性，決定了天坑具有很高的旅游開發(fā)價值。

?廣西大石圍天坑 （攝影/李晉）

作為一種新的巖溶學(xué)理論，天坑的研究尚處在發(fā)現(xiàn)、調(diào)查階段，未解之謎還有許多。

雖然衛(wèi)星影像圖越來越清晰，但我們還是不知道全球究竟有多少天坑，這些天坑，或天坑群之間究竟有多少差異。

雖然天坑的“年齡”有了幾個個例，但天坑形成的地質(zhì)年代仍然充滿了未知數(shù)。

雖然我們大致知道天坑的演化路徑，但我們不知道天坑的巨型崩塌與地震有多大關(guān)系。

雖然我們大致知曉天坑是現(xiàn)代生物的“避難所”，但我們不知道青藏高原的抬升和全球環(huán)境變化對天坑的生態(tài)系統(tǒng)是否有影響。

位于廣西的白洞天坑，與1.1千米外的冒氣洞相通，一邊洞口“呼氣”，另一邊洞口“吸氣”，形成了兩處會“呼吸”的山洞。這是怎么回事呢？

原來，白洞天坑與冒氣洞的洞口和底部幾乎處于同一水平面上，形成了一個U形結(jié)構(gòu)。而白洞天坑的坑口和冒氣洞的地下暗河之間410米的高度差導(dǎo)致的溫度差和氣壓差，形成了空氣對流現(xiàn)象。

冒氣洞內(nèi)部溫度常年保持在18攝氏度。冬季，冒氣洞內(nèi)部溫度相較于天坑高、氣壓低，水汽便從冒氣洞“呼出”;夏季，冒氣洞內(nèi)部溫度相較于天坑低、氣壓高，水汽便從冒氣洞“吸入”。

關(guān)于自然界的這些未解之謎，都有待我們大膽探索，采用多種技術(shù)手段，推動跨學(xué)科系統(tǒng)研究。

（責(zé)任編輯 / 高琳? 美術(shù)編輯 / 周游）