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喀斯特地貌
來源:互聯網

喀斯特地貌(英文名:Karst),又名巖溶地貌,是地下水與地表水對可溶性巖石溶蝕與沉淀,侵蝕與沉積,以及重力崩塌、坍[tān]塌、堆積等作用形成的地貌,為中國五大造型地貌之一。19世紀末,南斯拉夫學者司威治,在觀察斯洛文尼亞的喀斯特高原的地形后,將這一奇特的地表形態統稱為“喀斯特地貌”。到20世紀初,“喀斯特”開始在地理學和地質學中作為巖溶地貌的代名詞。1966年,中國在第一屆喀斯特學術會議上提出將喀斯特改為巖溶,作為Karst的同義語。

喀斯特地貌是指可溶性巖石受水的溶蝕作用和伴隨的機械作用所形成的各種地貌,主要分為地表和地下兩大類,地表有石芽與溶溝,喀斯特漏斗,落水洞,溶蝕洼地,喀斯特盆地與巖溶平原,峰叢、峰林與孤峰;地下有溶洞與地下河,暗湖。喀斯特地貌在中國分布最廣,其集中分布于桂、黔、滇等省區,川、渝、湘、晉、甘、藏等省區部分地區亦有分布,中國喀斯特地貌分布面積達344萬平方千米,占國土面積的三分之一,此外,裸露型喀斯特地貌面積達120萬平方千米。。喀斯特地貌在世界其他地區主要分布于波黑迪納拉山區、法國中央高原、俄羅斯烏拉爾山區、澳大利亞南部、美國中東部、大安的列斯群島和越南中北部地區等。2023年6月,新疆巴音郭楞蒙古自治州阿爾金山國家級自然保護區管理局與新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局的科研人員在對阿爾金山進行科學考察時,對此前發現位于阿爾金山國家級自然保護區西部的2500余平方公里的巖溶地貌進行了實地考察,確認其為喀斯特地貌。

喀斯特地貌有豐富的地下水資源,埋藏著大量的古生物和古人類化石,或成為儲存鋁礬土砂礦及油氣的良好場所,因此喀斯特地貌具有重大的科研意義與生產價值。2014年,桂林市喀斯特作為中國南方喀斯特二期的一部分被聯合國教科文組織列入《世界自然遺產名錄》。喀斯特地貌因其具有多種多樣的造型地貌,美學價值較高,許多喀斯特景觀地被開發成旅游景點,如云南石林、貴州荔波、武隆區、重慶金佛山、貴州施秉、廣西壯族自治區桂林和環江毛南族自治縣,聯合以“中國南方喀斯特”列入世界自然遺產名錄。

發現和命名

喀斯特一詞原來是南斯拉夫西北部伊斯的里亞半島的石灰巖高原的地名,當地人稱其為kras,德語叫karst,為石頭之意。18世紀初,歐洲人使用了德語karst一詞。19世紀末,南斯拉夫王國學者司威治,發現位于南斯拉夫和意大利的交界處的亞得里亞海迪納爾阿爾卑斯山西北部有一個叫喀斯特的高原上,發育著奇形怪狀的地貌,到處是石溝、石芽、豎井、落水洞、干谷、洼地和峰林、峰叢并綿亙幾百千米,山中地下還隱藏著許多巨大而奇特的洞穴,洞穴內的鐘乳石石筍、石柱、石幔、石花等。司威治仔細考察研究了這些地上地下奇景后,覺得無法將它歸入已知的地貌類型,便用所在研究地的名字將這一奇特的地表形態統稱為“喀斯特地貌”。

喀斯特的同義詞,叫巖溶。1966年,在廣西壯族自治區南寧市召開的“中國地質學會第一次喀斯特學術會議”上,有代表建議,“喀斯特”是個洋名,不易被大多數人所理解,改為“巖溶”。“巖溶”,就是水對碳酸鹽巖的溶蝕,對水的機械侵蝕作用、沉積作用、以及崩塌作用所形成的景觀。

定義

喀斯特地貌是可溶性巖經受水流溶蝕、侵蝕以及巖體重力崩落、坍陷等作用過程,形成于地表和地下各種侵蝕和堆積物體形態的總稱。

成因

形成過程

根據Davis和Ground喀斯特地區地理循環理論和總結了中國喀斯特研究的實踐,中國學者提出了一套喀斯特發育理論,包括漸進演化論(以何宇彬、楊明德為代表)、“地殼上升速度與剝蝕速度對比論”(以張之淦、盧耀如為代表)、“同時態系統演化論”(以朱學穩、朱德浩為代表)。侏羅紀開始的燕山運動,廣泛的影響了喀斯特地貌的發育。其中印度板塊與歐亞次大陸的相撞,引起喜馬拉雅山脈的強烈上升和青藏高原的隆起。另外太平洋板塊俯沖,形成亞洲東部一系列島弧與邊綠海盆的張開。這兩個主要構造事件都密切的影響了喀斯特的發育。喀斯特現象及有關景觀的發育,受許多自然條件的影響與控制,特別是構造與氣候兩者最為重要。喀斯特發育又受溶蝕-侵蝕和溶蝕兩個基準面的控制,喀斯特地貌的發育有一定的演變順序,即從一個原始的規則的構造面或一個上升的微起伏剝蝕面開始發育,到青年期的漏斗、落水洞、洼地發育,地表水幾乎全部轉化為地下水,但主河仍可存在;中年期,地面蝕低,淺溶洞與地下河因崩塌而露出地表,地下河向地表河轉化,破碎的地面出現溶蝕洼地與峰林。由于不透水層廣泛出露,或地面高度接近侵蝕基準面,喀斯特發育到了老年期,地表演化成泛濫平原,平原上分布了孤峰、殘丘,喀斯特現象逐漸消失。廣西桂林、陽朔一帶為中年期喀斯特地貌,而貴港市、黎塘一帶則為老年期喀斯特地貌。或者說,喀斯特地貌的發育序為:峰叢→峰林→孤峰→殘丘。經常受地殼運動與氣候變化的干擾,喀斯特演化是多旋回的,不同旋回階段的喀斯特地貌可以迭加在一起,出現幼年期、青年期和中年期喀斯特地貌同時并存的現象;中緯度地區大量保留多種氣候條件下形成的喀斯特地貌形態,云貴高原新生代熱帶峰林在高原上升后成為一種遺跡。

中國南北方喀斯特地貌的發育強度和類型有很大差別。南方以雄偉壯觀的峰叢峰林地貌為主,配以各種規模的負地形,廣泛發育的地下河系,洞穴景觀;北方以常態山形、干谷、地下水系(大泉)為主,洞穴次生沉積物的規模較小。桂林市地處低緯度地帶,屬亞熱帶季風氣候,境內氣候濕熱,雨量充沛,巖溶作用非常強烈,發展速度也快,在石灰巖層厚度大、斷層多、裂隙發育的地區,更有利于巖溶作用的進行。地質學家稱這種出現在華南地區的巖溶現象為熱帶季風型巖溶,它的特點是,發育大量錐狀、筒狀峰林以及成層溶洞

近現代西方對喀斯特地貌的發育理論研究成果主要有“循環演化論”(以W.M臺維斯為代表)和Davis和Ground的喀斯特地區地理循環理論。

形成條件

物質基礎

可溶性巖石是喀斯特地貌形成的根本條件,中國西南地區之所以喀斯特地貌分布廣泛,最主要的是這里有其發育的主體。大量的碳酸鹽巖、硫酸鹽巖和鹵化鹽巖在流水的不斷溶蝕作用下,在地表和地下形成了各種奇特的喀斯特景觀。從溶解度上看,鹵化鹽巖>硫酸鹽巖>碳酸鹽巖;由于碳酸鹽巖種類較多,其各類巖石溶解度隨著難溶性雜質的多少而定,石灰巖白云巖泥灰巖。從巖石結構分析,結晶質巖石晶粒愈大溶解度愈小;等粒巖比不等粒巖溶解度要小。

巖石具有一定的孔隙和裂隙,它們是流動水下滲的主要渠道。巖石裂隙越大,巖石的透水性越強,巖溶作用越顯著。在溶洞中,巖溶作用愈強烈,溶洞越大,地下管道越多,喀斯特地貌發育越完整,并且形成一個不斷擴大的循環網。

外力作用

水的溶蝕能力來源于二氧化碳(CO2)與水結合形成的碳酸(H2CO3),二氧化碳是喀斯特地貌形成的功臣,水中的二氧化碳主要來自大氣流動、有機化合物在水中的腐蝕和礦物風化。下面幾個化學方程式反映了巖溶作用的進行:

H2O+CO2?H2CO3;(第一步:形成碳酸)

H2CO3?H++HCO3-;(第二步:碳酸離解生成H+)

H++CaCO3?HCO3-+Ca2+(第三步:H+與輕質碳酸鈣反應生成HCO3-,從而使CaCO3溶解)

這幾步反應在大自然間是十分復雜的過程,因為溫度、氣壓、生物、土壤等許多自然條件制約著反應的進行,并且這些反應都是可逆的,水中的二氧化碳增多,反應向右進行,就有利于CaCO3的分解,巖溶作用進行就比較容易,反之則不利于巖溶作用。

由于水中的二氧化碳需要得到及時的補充,水的溶蝕作用才能順利進行,水的溶蝕能力才得以鞏固加強。同時,流動的水帶動河底砂礫對巖石進行機械侵蝕,這樣更有利于巖溶作用的深入。

分類

喀斯特地貌類別劃分有不同的分類標準,較為常見的為按喀斯特作用發生地分為地表喀斯特和地下喀斯特。此外,按出露條件劃分為裸露型喀斯特、覆蓋型喀斯特、埋藏型喀斯特;按氣候帶劃分為熱帶喀斯特、亞熱帶喀斯特、溫帶喀斯特、寒帶喀斯特、干旱區喀斯特;按巖性劃分為石灰巖喀斯特、白云巖喀斯特、石膏喀斯特、鹽喀斯特。

地表喀斯特

石芽

石芽是地表水沿碳酸鹽巖表面裂隙溶蝕,形成縱橫交錯的脊狀巖體。石芽高度由0.5米至1~2米,有的高10余米以上,有的成群裸露于地表,有的成群埋藏于地下。石芽的形態受巖性和構造裂隙控制,有的呈尖脊狀、尖刀山狀,有的呈車軌狀、棋盤狀和天峻石林狀。石芽為蝕余產物,熱帶厚層純石灰巖上發育形成的高大石芽常高達數十米,成為石林。云南省地區的石林就是發育比較好的形態高大的石芽群,它的形成條件是厚層、質純、產狀平緩、垂直節理稀疏和濕熱的氣候環境。

溶溝

溶溝是地表水沿巖石裂隙溶蝕、侵蝕而成的溝槽,是碳酸鹽巖表面的一種溶蝕現象,寬20厘米至2米,深度一般為2厘米至3米。多成片分布于碳酸鹽巖坡面上,底部常填充泥土或碎屑,受巖石節理裂隙控制,呈平行狀、樹枝狀和格狀的交叉系統。

喀斯特漏斗

喀斯特漏斗又稱溶斗。它是石灰巖地層經地下水長期沿裂隙溶蝕、淋濾、坍塌而形成的一種地質地貌現象,呈蝶形或倒錐形洼地,寬數十米,深數米至10余米,底部有垂直裂隙或落水洞。溶斗按形態分有碗狀、漏斗狀和井狀溶斗;按成因主要分為崩塌溶斗、溶蝕溶斗、沉陷溶斗、下層喀斯特崩塌溶斗、沖積溶斗。其底部常有落水洞與地下系統水力聯系,并常覆蓋溶蝕殘余粘土與礫石

落水洞

飛霧洞又稱無底洞、消水洞、消洞等。落水洞是因為流水沿裂隙進行溶蝕、機械侵蝕以及坍陷形成的近于垂直的洞穴。多分布在較陡的坡地兩側和盆地、洼地底部。落水洞根據形態可分為兩種:一是裂隙狀落水洞,形態狹長,作一定傾斜和曲折向地下延伸,這種落水洞分布最廣;二是井狀落水洞,它的深度和寬度都很大。在塌陷漏斗基礎上形成的落水洞,即豎井也叫“天坑”,地表水垂直流入暗河,深度可達數十米至數百米。

溶蝕洼地

溶蝕洼地是一種范圍廣,近似圓形的封閉性巖溶洼地,四周多低山和峰林,底部平坦,雨季易澇,旱季易干,具有封閉性。一般寬數十米至數百米,長數千米至數十千米。面積較大的溶蝕洼地稱“坡立谷”。溶蝕洼地和坡立谷的形成,主要是溶蝕漏斗逐漸擴大,相鄰溶洞發生塌落合并而成,有的則與斷層分布有關。

喀斯特盆地

喀斯特盆地又稱為坡立谷,是一種大型喀斯特洼地,面積一般為10-100平方千米以上,邊緣略陡并發育有峰林,底部平坦且覆蓋殘留紅土,多分布在地殼相對穩定的區域,如云南硯山縣羅平縣和貴州安順市。喀斯特盆地是人口和資源集中的人類活動強烈的地下水流域,盆地的水循環和污染物的遷移經過河流、落水洞、表層巖溶帶、飽水帶、暗河管道等多個環節。

喀斯特平原

喀斯特盆地不斷蝕低、擴大,地面廣布蝕余堆積物,形態接近準平原,喀斯特平原地貌具有“巖、溶、水”等特征,許多峰叢谷地不斷擴大相連,溶蝕作用與河流的侵蝕作用都很明顯,形成具有較厚松散地層覆蓋的類似平原地形,并伴有殘留少數孤峰,構成喀斯特平原景觀。喀斯特平原地貌塔位,上覆厚度、狀態不同的土層,下臥裂隙、風化程度不一的巖層。其地表覆蓋紅土并發育孤峰殘丘,如廣西壯族自治區賓陽縣黎塘鎮貴港市,桂林漓江山水和廣東肇慶市的溶峰都屬于這類喀斯特地貌景觀,這種地貌類型的地下巖溶水也較豐富,易產生巖溶塌陷。

峰叢

峰叢是同一基座而峰頂分離的碳酸鹽巖山峰,峰叢頂部為圓錐狀或尖錐狀的山峰,相對高差一般為200~300米,石峰多以錐狀為主,峰叢之間巖溶洼地、漏斗、落水洞發育,常形成峰叢洼地或峰叢漏斗的組合形態。峰叢是可溶性巖受到強烈溶蝕而形成的山峰集合體,多分布于碳酸鹽巖山區的中部或靠近高原、山地的邊緣部分。

峰林

峰林為分散碳酸鹽巖山峰,通常由峰叢發育形成,峰叢之間進一步溶蝕向深處發展,直到水平循環帶,這時地下河可能出露成地表河,使侵蝕作用加強,峰叢基座被切開,山峰相互分離成為峰林。但因受到構造影響而形態多變,在水平巖層上多呈圓柱形或錐形,在大傾角巖層上多呈單斜式。氣候條件對峰林形態有影響,藏南古峰林遭寒凍風化破壞,峰林僅30-50米高,云貴高原峰林也因遭到破壞而較渾圓矮小,黔桂兩省區交接帶氣候較為炎熱,地下水垂直運動強烈,峰林高達300-400米。

孤峰

孤峰是峰林發育晚期殘存的孤立山峰,多分布于喀斯特盆地底部或巖溶平原上。孤峰需要地殼長期穩定而無太大的地質運動。

地下喀斯特

溶洞

地下水沿巖石裂隙或落水洞向下運動時發生溶蝕,形成各種形態的管道和洞穴,并相互溝通或合并,行成統一的地下水位。地殼上升,地下水位將隨河流下切而降低,洞穴轉變為干溶洞。地殼多次間歇抬升,就會出現多層溶洞。水平溶洞的發育大多與當地侵蝕基面相適應,因此此類溶洞與階地及河面對比可反映構造上升量。垂直溶洞深度可達數百米至數千米,可視為地殼上升的標志。

地下河

地下河亦稱暗河,是以溶蝕作用為主形成的地下廊道、溶洞和溶蝕組成的喀斯特地下管道系統。由于溶洞內經常充滿水,形成地下河、地下湖和地下瀑布。地下河發育規模大小不一,長者達數十千米,短者幾千米,匯水面積大者超過1000平方千米。地下河是由錯綜復雜的管道系統組成,它的結構特征不單控制著地下河的分布,而且也影響到地下河的發育規模,特別是巖溶水的貯存、補給、逢流和排泄嚴格受到地下河結構形態的制約。

暗湖

暗湖是地下河相通的地下湖,和地表湖泊一樣,暗湖也具有水源調蓄作用,其可儲存和調節地下水。

石鐘乳

鐘乳石是干溶洞頂部裂隙滲出的地下水中所含碳酸鈣因溫度升高、壓力減小與水分蒸發而沉淀,自洞頂向下增長形成。它是一種呈倒錐狀的巖溶堆積物,大的可達數米,小的只有幾厘米,它與洞頂緊緊相連,不斷向洞底延伸。

石筍

石筍是石鐘乳上的水滴跌落至洞底時,變成許多小水珠或流動的水膜,促進水滴中CO2的散逸,而在洞底產生碳酸鈣堆積,堆積物橫切面沒有中央通道,但具有同心圓結構,隨水滴跌落不斷由洞底往上增高形成的錐狀、塔狀及盤狀的沉積物。它與鐘乳石相對生長,一般呈筍狀、塔狀和錐狀。石筍的橫剖面具有同心圓結構。石筍底盤大,本身比較穩定,不容易折斷,石筍的最大高度能達30米。

石柱

石柱是石鐘乳與石筍相接形成?。石鐘乳和石筍相對生長,并逐漸結合成一體,隨著巖溶水的不斷沉積,慢慢形成粗壯的石柱。

熱帶喀斯特

熱帶喀斯特位于低緯度地區,包括熱帶和南亞熱帶季風區的喀斯特。熱帶喀斯特地區的熱帶氣候主要類型為熱帶濕潤、熱帶草原和熱帶季風氣候。由于高溫多雨,一方面水的循環快,溶蝕力強,喀斯特作用可以終年進行,而且由于氣溫高,水的化學反應速度快,產生的氫離子多,使水的溶蝕力加快;另一方面在濕熱條件下,土壤二氧化碳含量比空氣中高數十倍,且植物茂盛會產生大量的二氧化碳及分泌出大量有機酸,增強了水的溶蝕力。因此熱帶喀斯特的溶蝕力最強,地表和地下地貌都很發育,其中峰林石山是其他喀斯特地貌所沒有的。熱帶氣候地區的巖溶作用已經發生了1000萬年,而且沒有中斷。熱帶喀斯特地貌以峰林一洼地為代表,分布于中國廣西、廣東省西部、云南省東部和貴州省南部,安的列斯群島(西印度群島),印度尼西亞等地。該區地下洞穴眾多,暗河支流較多,流域面積大,地表發育有眾多洼地,呈現峰林一洼地地貌。峰林的坡度很陡,一般大于45度。奇峰異洞是熱帶喀斯特的典型特征。中國熱帶海洋的珊瑚礁是最年輕的碳酸鹽巖,構成礁島的珊瑚礁多溶孔景觀。

亞熱帶喀斯特

現代喀斯特地貌已朝著適配亞熱帶氣候的喀斯特丘陵方向發展,亞熱帶喀斯特地貌以緩丘一洼地(谷地)為代表,分布于秦嶺淮河一線以南。地下河較熱帶多而短小,洼地較少,干谷的比例較大。洞穴數量較熱帶喀斯特大為減少,以溶蝕裂隙性洞穴居多,南部多溶蝕型拱狀洞穴。黔中、黔南布依族苗族自治州和滇東高原上,碳酸鹽巖分布面積與厚度亦都較大。這些地區喀斯特地貌是地質時期氣候條件下發育起來的。一般在海拔2000米或2000米以上的高原面上主要是溶蝕小洼地、漏斗和落水洞等以及散布其間的一些低矮的峰林和石林彝族自治縣,石林分布于路南、宜良縣東川區彌勒市羅平縣一帶。在海拔1000~1500米的地面上,則以大型溶蝕洼地矮小癥的丘陵或天峻石林為特征,大型洼地中有許多落水洞和漏斗,它們成連串分布,其地下往往是暗河貴州省南部向廣西盆地降落的斜坡地帶,高大的峰叢往往伴以深陷的圓洼地,地表河流多半轉入地下。黔北、鄂西、川東湘西一帶,碳酸鹽巖分布亦廣泛,溶蝕洼地、漏斗、落水洞等的密度和深度都很大。美國的佛羅里達州中西部和得克薩斯州南部也有廣泛的亞熱帶喀斯特地區。

溫帶喀斯特

溫帶喀斯特處于中緯度地區,氣溫較低,雨量較少,且有明顯的干季,喀斯特作用受到一定限制。溫帶喀斯特地標地貌不很發育,以少數喀斯特化山地干谷、溶斗和溶蝕洼地為代表,石芽及溶溝發育不好,而且多被風化物覆蓋。但地下地貌如溶洞、地下河、溶隙及喀斯特泉等較發育,其地下洞穴一般為裂隙性洞穴,規模較小,喀斯特泉較為突出,一般有較大的匯水面積和流量,因此有“隱喀斯特”之稱。溫帶喀斯特以法國捷克烏拉爾、密西西比平原、中國華北平原東北地區等地為代表。

干旱區喀斯特

干旱地區喀斯特處于熱帶亞熱帶溫帶的干旱氣候區,終年氣溫較高,雨量稀少,植物缺乏,因此其喀斯特現象發育微弱,由于還有少量地下水的存在,而且水中含有較多的硫酸根離子,因此喀斯特作用仍能進行,不過地貌發育極差,偶有小型孔洞出現。干旱區喀斯特地貌僅在少數大理石裂隙中有輕微的溶蝕痕跡,有些裂隙被方解石充填,地下溶洞極少,已不能構成滲漏和地基不穩的因素。干旱區主要分布在中國西北地區,伊朗阿巴爾古等地區。

寒凍高原喀斯特

寒凍高原喀斯特或稱寒帶及高寒地區喀斯特,位于高緯度、高原和高山地區,由于終年氣溫低,水的凍結時間長或有凍土層存在,多年凍土妨礙地下水下滲,土壤覆蓋物缺乏或不完整發育,水的流動及溶蝕作用也受到了極大的限制,因此不論地表或地下地貌發育都很差,地表以溶溝為多見。地下有小型孔洞、溶隙和喀斯特泉等,凍土層下也可形成溶洞。寒凍高原喀斯特以西伯利亞地區加拿大、青藏高原等地為代表。中國青藏高原的寒凍高原喀斯特處于冰緣作用下,凍融風化強烈。常見的有凍融石丘、石墻等,其下部覆蓋冰緣作用形成的巖屑坡。山坡上發育有很淺的巖洞,還可見到一些穿洞,偶見洼地

分布

中國分布

中國喀斯特地貌分布廣泛,類型眾多。喀斯特地貌主要分布在氣候比較暖濕的、存在著大量石灰巖層分布區。喀斯特地貌在中國的分布面積達344萬平方千米,占中國國土面積的三分之一,裸露型喀斯特地貌面積達120萬平方千米。碳酸鹽巖石其中以廣西、貴州省云南省東部所占的面積最大,是世界上最大的喀斯特區之一,就有中國著名的云南石林。湘西土家族苗族自治州、鄂西、川東、魯、晉等地分布也較廣。世界前十大天坑中,中國占有9個(另一個位于巴布亞新幾內亞)。

中國著名的喀斯特景觀名勝區分布:廣東省——廣西——云南——貴州——四川省——重慶市——湖南省——江西省——浙江省——江蘇省——山東省——河北省——北京市——遼寧省——吉林省

世界分布

喀斯特地貌在世界分布較為廣泛,可溶性巖石占地球面積的10.2%。中國、越南印度尼西亞馬來西亞緬甸泰國土耳其俄羅斯德國波蘭匈牙利捷克斯洛伐克西班牙法國英國愛爾蘭比利時瑞士奧地利希臘羅馬尼亞保加利亞克羅地亞、波斯尼亞和黑塞哥維那、意大利美國墨西哥波多黎各(美)、牙買加、古巴、巴西、阿爾及利亞埃及索馬里敘利亞澳大利亞等國家和地區都有喀斯特地貌分布。其中,澳大利亞、伯利茲、巴西、保加利亞、加拿大、中國、克羅地亞、古巴、匈牙利、意大利、馬達加斯加馬來西亞、墨西哥、黑山菲律賓俄羅斯、斯洛伐克、斯洛文尼亞所羅門群島、美國和越南等國家共有37處喀斯特地貌被列入《世界遺產名錄》。

學術研究

科研歷史

中國是世界上對喀斯特地貌現象記述和研究最早的國家,從公元前四-五世紀就出現了有關喀斯特的記錄,早在中國明代的王守仁和宋應星,就對石灰巖巖溶地貌做過比較確切的描述。特別是宋應星,還對巖溶及鈣華的再沉積機理,做過開創性的研究和記述。明朝徐霞客所著的《徐霞客游記》系統地記載了中國南方喀斯特地貌的分布和區域特征,記載了洞穴形態、氣象和水文情況,是中國古代最為系統的喀斯特著作。

畢業于維也納大學的茨維奇(Jovan Cviji?),他是著名地形學教授彭克(Albrecht Penck)的學生,他極大地提高了人們對于巖溶地區的認識,因此他被稱為“巖溶地貌之父”。茨維奇在1893年出版的《喀斯特現象(Das Karstph?nomen)》中主要討論了巴爾干半島的巖溶地區,描述了溶洞、漏斗和洼地等地貌。

20世紀初,“喀斯特”在地理學和地質學中作為巖溶地貌的代名詞始于20世紀初歐洲地質學家H·Stelle對喀斯特高原的喀斯特村莊的研究。

20世紀50至60年代,中國地學界對喀斯特地貌的研究主要集中于類型方面。1966年,中國在第一屆喀斯特學術會議上討論了巖溶學的基本問題和研究方向,并提出將喀斯特改為巖溶,作為喀斯特的同義語。

1973-1980年西藏自治區綜合考察,中科院青藏隊對西藏自治區進行全面系統的綜合考察,包括地球物理學、地質、地理、生物和農林牧等學科領域50多個專業,共400多位科學工作者。第一次揭開了青藏高原喀斯特地貌的帷幕。對中國遼闊的熱帶海域的珊瑚礁喀斯特也有所研究。

20世紀80年代初,中英巖溶地質學家在中國的聯合洞穴探險活動中發現了四川興文特大型漏斗——“大巖灣”和“小巖灣”。興文也成為中國第一個發現大型巖溶負地形的地方,中國天坑研究的起源地,從而豐富了中國的巖溶地貌地質學。

1982年10月24一29日,中國地理學會在廣西柳州市召開了“喀斯特地貌和洞穴學術討論會”,有來自中國各地的73名代表出席了會議,他們多是年富力強的中年科技工作者。英國喀斯特學家斯維廷在柳州訪問期間參加了大會,并作了“熱帶喀斯特新進展”的報告,受到與會者的歡迎。英國喀斯特水文學家安東尼·阿特金森也為大會寫來了論文。中國地理學會秘書長瞿寧淑同志主持了會議。

1992年11月1日-6日,中國地理學會地貌與第四紀專業委員會喀斯特地貌與洞穴專業組在浙江省桐廬縣召開了第三屆中國喀斯特地貌與洞穴學術討論會。會議由喀斯特地貌與洞穴專業組和桐廬縣旅游局共同組織召開的。來自中國科研、教育、地質、水利和旅游部門等33個單位69位學者和代表參加了會議并作了學術交流。

進入21世紀,中國地學界針對石漠化生態修復與建設等問題,深入開展了土壤侵蝕特征、小流域生態恢復、SAR影響配準及石漠化巖性、土地利用關系等方面的研究。為探索喀斯特地區侵蝕模數與侵蝕因子的相關關系,開展了不同坡度條件下土壤侵蝕模數的多因子方程篩選回歸模型研究,提高了緩坡、陡坡侵蝕產沙預測精度。

科研成果

明代徐霞客的《徐霞客游記》對喀斯特地貌的研究比歐洲早250余年。其對喀斯特地貌的類型、分布和各地區間的差異,尤其是喀斯特洞穴的特征、類型及成因,有詳細的考察和科學的記述。在廣西、貴州省云南省,他探查過的洞穴有270多個,且都有方向、高度、寬度和深度的具體記載。并初步論述其成因,指出一些巖洞是水的機械侵蝕造成,鐘乳石是含鈣質的水滴蒸發后逐漸凝聚而成等。

近現代西方對喀斯特地貌的發育理論研究成果主要有“循環演化論”(以W.M臺維斯為代表)和戴維斯(Davis)的喀斯特地區地理循環理論。

中科院地理所喀斯特地貌研究組從20世紀90年代就開始了旅游洞穴的應用研究,在洞穴穩定性以及喀斯特景觀旅游資源評價等方面做了很多首創性的工作。先后完成了浙江瑤琳洞、河北臨城白云洞、云南彌勒白龍洞、龍巖市龍眡洞、昆明市石林風景區景觀等典型喀斯特景觀的形成、發育、演化及其景觀評價的調查論證科研報告。

2023年6月,新疆巴音郭楞蒙古自治州阿爾金山國家級自然保護區管理局與新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局的科研人員在對阿爾金山進行科學考察時,對此前發現位于阿爾金山國家級自然保護區西部的2500余平方千米的巖溶地貌進行了實地考察,確認其為喀斯特地貌。

2023年7月,中國地質調查局巖溶地質研究所巖溶動力學團隊赴斯洛文尼亞經典巖溶坡立谷地區,執行國家重點研發計劃項目《中國-斯洛文尼亞巖溶地質“一帶一路”聯合實驗室建設與關鍵帶對比研究》,開展草地、林地巖溶碳循環監測站建設與維護,首次實現了野外監測數據遠程跨國傳輸。

問題與保護開發

問題

熱帶亞熱帶濕潤與半濕潤氣候條件,溶巖極其發育的自然背景下,受人為活動干擾,使地表植被遭受破壞,造成土壤嚴重侵蝕,基巖大面積裸露,土地退化的極端表現。基巖塌陷,分別有暗河塌陷、礦產開采塌陷、蒸發巖溶石塌陷。巖溶上松散沉積層中的塌陷,地下水位坡動引起土中潛蝕,產生土洞,導致塌陷;地下水污染,巖溶地區人類活動,常在地下河系統的匯水區,而地表水常通過落水洞排入地下,缺乏過濾作用,巖溶水極易受到污染,中國南方多地下河已變成下水道。

由于20世紀中國喀斯特地區的人口快速膨脹,亂墾濫伐,森林覆蓋率急劇下降,許多地區的森林覆蓋率由解放初30%~50%已降到目前的10%~20%,甚至有的地區不到5%。森林覆蓋率的下降導致嚴重的水土流失和土地質量嚴重退化,巖漠化面積迅速擴大,如貴州省石漠化面積從1975的8806.6平方千米發展到1985年的13888平方千米,平均每年以508.2平方千米的速度擴大。喀斯特地區山高坡陡,土地瘠薄,生物生產量極低,人民生活貧困。

隨著喀斯特地表開口的擴大,下沉孔逐漸形成,但在洞穴頂部突然坍塌之前,通常看不到漸進侵蝕。這導致了洞穴吞噬了房屋、牲畜、汽車和農業機械等等。2014年,美國一個洞穴天坑突然坍塌吞噬了肯塔基州鮑靈格林國家克爾維特博物館的部分藏品。

2001年,堪薩斯州哈欽森附近二疊紀鹽礦中的數十個喀斯特洞穴組成的儲氣田泄漏了400萬立方米的天然氣,導致該市內外發生多起大規模爆炸。

保護開發

保護

管理喀斯特地貌需要獨特的方法,必須同時考慮地表和地下環境。喀斯特地貌通常具有廣泛且快速流動的地下排水系統。因此,一個地區的污染可以長距離迅速傳播,污染井和泉水中的公共飲用水。喀斯特生態系統擁有適應僅在極端喀斯特環境中生活的植物和動物。即使是輕微的改變或干擾也會對喀斯特生態系統產生重大影響。喀斯特地區的農業、制造業和建筑項目應考慮到這一敏感景觀,并盡量減少潛在的環境問題。

1998年10月,美國國會創建了國家洞穴與巖溶研究所,研究所將設在新墨西哥州的卡爾斯堡洞穴國家公園附近。該研究所的使命是進一步進行洞穴學研究,加強公共教育,推動洞穴、巖溶地貌和巖溶系統環境保護的全國性及國際性合作,開展和促進有利于環境和可持續發展的洞穴與巖溶管理。

2006年,湯加國家森林啟動了1997年湯加森林計劃的程序。《2008年森林計劃修正案》對《溶洞管理標準和指南》進行了重大修改。這些新的指導方針有望糾正過去方向上的一些模糊性,并澄清巖溶和洞穴管理的策略和過程。2008年森林計劃還增加了地質特殊利益區,以保護約190平方千米的喀斯特土地。

2015年,美國地質調查局估計,在過去15年中,巖溶相關過程造成的損壞修復成本每年至少為3億美元,但指出,根據不充分的數據,這可能是嚴重低估。

開發

在10年改革開放政策的鼓舞下,喀斯特地區各級政府和人民提高了開發旅游資源、發展經濟的意識、取得了“開發一個洞、搞活了一個縣”的良好經濟和社會效益。科研、教學部門與旅游部門相結合,開展了廣泛深的研究工作,如桐廬瑤琳洞洞穴成因與環境、云南白龍洞洞穴生態環境研究、建水縣燕子洞旅游環境質量評價研究等等都取得了很大成果,為洞穴資源的合理開發和保護提供了科學依據。喀斯特地貌學家和洞穴學家廣泛開展了喀斯特旅游資源的調查和評價,出版了《黃果樹區域旅游資源研究》《浙江洞穴旅游文化》專著,使旅游資源的研究和評價方法更理論化和系統化。旅游部門廣泛總結洞穴旅游資源開發、保護和管理的寶貴經驗。采取種種措施,使人地協調藕合發展,利用有利條件,發展經濟。

1994年底,北京天文臺(今中國國家天文臺)牽頭中國20所院校,提出建設“喀斯特工程”。最終選址在具備穩定地質條件、大口徑天坑和缺乏無線電干擾的位于貴州省的大型飛霧洞大窩。500米口徑球面射電望遠鏡為世界最大單口徑射電望遠鏡,最終于2016年9月25日在貴州省平塘縣落成使用,被譽為“中國天眼”。

喀斯特含水層被開發為飲用水源。許多國家做出這一決定是因為他們意識到喀斯特含水層十分重要并且能夠提供的良好水質。巖溶含水層在以下地區的供水中占很大比例:東南歐(阿爾卑斯山脈喀爾巴阡山脈)、地中海盆地、近東中東阿拉伯半島非洲之角、東南亞、北非、加勒比盆地和中美洲,以及美國南部

在近東和中東的干旱地區,開采喀斯特含水層和建造出通道灌溉耕地是非常常見的。水源也被廣泛用于給動物食用,優質的淡水為動物的健康和生長提供了保障。

瑞士的阿爾卑斯山通過利用高液壓在水力發電的功能使用巖溶水,使得巖溶水的熱特性得到利用。

典型喀斯特地貌景觀

中國

云南石林景區

云南石林景區位于昆明市石林彝族自治縣境內,被稱為“世界喀斯特的精華”,有“天下第一奇觀”的美譽。景區先后榮獲“世界地質公園”、“國家級風景名勝區”、“國家5A級旅游景區”等榮譽稱號,并于2007年作為“中國南方喀斯特”的重要組成部分,成功列入“世界自然遺產”名錄。天峻石林喀斯特以“雄、奇、險、秀、幽、奧、曠”著稱,是世界上唯一位于亞熱帶高原地區的喀斯特風景區,具有奇特的喀斯特地貌(巖溶地貌)景觀。石林形成于2.7億年前,涵蓋了地球上眾多的喀斯特地貌類型,其石牙、峰叢、溶丘、溶洞、溶蝕湖、瀑布、暗河錯落有致,是典型的高原喀斯特生態系統和最豐富的立體全景圖。

荔波小七孔景區

荔波小七孔景區位于黔桂交界,由一座建于清代愛新覺羅·旻寧15年的七孔古石橋而得名。景區面積46.4平方千米,在寬僅1.5千米,長19千米的狹長幽谷里,集山、水、洞、林、瀑、湖、石多種景觀于一體,融雄、奇、險、秀、美為一爐,玲瓏秀麗、美輪美奐,是喀斯特地貌中無與倫比的奇觀,人稱“超級盆景”。2005年貴州荔波喀斯特正式被明確為“中國南方喀斯特”世界自然遺產的第一批申報單位,中國南方喀斯特是世界上最壯觀的濕熱帶-亞熱帶喀斯特景觀之一,具有極高的美學價值。2007年,荔波小七孔以絕無僅有的喀斯特森林系統及生物多樣性成為中國第六個、貴州省第一個世界自然遺產地。

武隆喀斯特旅游區

武隆區位于重慶市武陵山與大婁山交匯的褶皺地帶,2007年6月27日,在新西蘭舉辦的第31屆世界遺產大會上,包括重慶武隆喀斯特在內的“中國南方喀斯特”被列入《世界遺產名錄》。武隆喀斯特由此成為中國第六處、重慶市第一處世界自然遺產地。武隆喀斯特旅游區擁有罕見的喀斯特自然景觀,包括溶洞、天坑、地縫、峽谷、峰叢、高山草原等,形態全面;兼具豐富多彩的度假、休閑、娛樂、運動項目,以及土家族苗族仡佬族等少數民族獨特的民俗風情。

世界

波斯托伊納溶洞

波斯托伊那溶洞位于斯洛文尼亞境內,是歐洲第二大溶洞。溶洞全長27千米,洞深115米,海拔562米。洞內勝景甚多,洞內套洞,有隧道相連,形成一條奇偉的山洞長廊。洞內有高懸的鐘乳石和挺拔的石筍,五光十色,千姿百態。這處溶洞是歐洲最受歡迎的洞穴景點之一。據報道,波斯托伊納溶洞至今已經開放了200多年,接待了全球超過數千萬游客。洞內最多的是高懸的鐘乳石和高聳的石筍,最高的石筍有16米。還有一根最晶瑩潔白的大石筍,被視為波斯托伊納溶洞的象征。

普利特維采湖群國家公園

普利特維采湖群國家公園位于克羅地亞中部喀斯特山區,普利特維采湖群公園是東南歐國家中歷史最為悠久的國家公園,也是克羅地亞面積最大、知名度最高的國家公園。1979年被聯合國教科文組織列入《世界自然遺產名錄》,近年被國際媒體評為“世界十大最美湖泊”之一。由于公園地勢南高北低,科拉納河源頭的河水以及附近許多山溪匯集成湖,滿溢后順勢下淌,形成大大小小一連串的湖群及瀑布群,綿延約10千米。因主要的湖泊有16個,人們又稱之為克羅地亞十六湖國家公園。園區面積約3萬公頃,現在約有二十分之一的面積對公眾開放。

卡帕多奇亞

卡帕多奇亞位于土耳其安納托利亞高原中部,幾百萬年前火山噴發出的大量巖漿冷卻、凝固、風化后形成了該地獨特的喀斯特地貌,有“世界第八大自然奇跡”之稱,每天都有眾多來自世界各地的游客乘坐熱氣球在此參觀。獨一無二的喀斯特地貌,火山噴發后的巖漿冷卻凝固,又經過長年累月的風化和侵蝕,使得卡帕多奇亞呈現出奇特景象。精靈煙囪是其中的標志性杰作,一根根矗立著的巨大“煙囪”直插云霄,形成了壯麗的天峻石林景觀。

相關文化

影視

武隆天坑又名天生三橋,是中國罕見的地質奇觀生態型旅游區,屬典型的喀斯特地貌。張藝謀曾在這里拍攝了《滿城盡帶黃金甲》,是整部電影唯一的外景拍攝地點,也是《變形金剛4:絕跡重生》《三生三世十里桃花》電影版的外景拍攝地。

張家界市以喀斯特地貌的奇峰秀石聞名于世,在電影《阿凡達》中的懸浮山“哈利路亞山”就在張家界取景,張家界從此成為世界影迷們心中的“圣地”。

文學

列夫·尼古拉耶維奇·托爾斯泰(1828-1910)在游覽伏爾加河石窟時曾在《日記》中寫道:“新鮮的空氣不僅使我充滿活力,而且激發了我的靈感。”

昭通市作家夏天敏的中篇小說《天坑》發表于《當代》2018年第五期,《天坑》是以鎮雄縣五德大鍋圈的天坑為背景,以天坑中人事為題材而創作的。小說以劉家倫與天坑的關系為線索,講述了劉家倫從進入天坑到永遠離開此地的故事。

傳說

玉華洞風景區地處將樂縣縣城東南方向,距縣城近處約3千米,遠處7千米左右,屬喀斯特風景地貌,形成于二億七千萬年前。民間傳說中玉華洞是神農時代的大仙赤松子采藥煉丹和耕作的地方。

張家界市以喀斯特地貌的奇峰秀石聞名于世,傳說張家界是三千奇峰的母親山。相傳在天宮瑤池的一次蟠桃盛會上,王母娘娘一連吃了三千個千年蟠桃,之后發現自己懷有身孕。因肚疼難忍,王母娘娘掉進了人間的云夢澤,生出了三千石頭兒女,王母娘娘驚訝至極。這時,三千兒女齊聲叫喊:“張,張—。”王母娘娘靈機一動,說:“此地就叫張家界!”

以和尚洞為代表的喀斯特地貌奇觀,是大自然的寶貴遺產。據傳說,大約150年前,七里伴峽來了一位神秘的和尚,一身行裝,風塵仆仆,像是長途跋涉而來,當地無人認識。他來到山洞前,便決定不走了,從此在洞中住下,偶爾還會去不遠處的鹽井寺呆幾天。和尚年紀不大,在山洞中住了很多年才圓寂,本地人將其埋在洞里,和尚洞也自此得名。

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中國之城丨桂林:山水是這座城市當之無愧的主角.新華網.2025-10-15

中國南方喀斯特 | 學習強國.學習強國.2025-10-15

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整裝再出發,踏上新征程 | 第一次青藏科考始末.中國科學院青藏高原研究所.2023-08-11

旅行家、喀斯特地貌研究先驅——徐霞客.中國科學院地理科學與資源研究所.2023-07-31

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中國-斯洛文尼亞巖溶地質“一帶一路”聯合實驗室:實現巖溶碳循環實時監測數據遠程跨國傳輸.中國自然資源報網.2023-08-18

Sinkholed: Mood somber, repairs uncertain as Corvette museum reopens.Cable News Network.2023-08-18

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追云記」擁有千萬種超乎想象的形狀,我就是魔幻的“中國南方喀斯特”.云南廣播電視臺.2023-08-02

云南石林喀斯特世界地質遺產揭牌.中國新聞網.2023-08-02

「夏日清泉」荔波小七孔:一顆遺落人間的綠寶石.天眼新聞.2023-08-02

避暑度假到貴州|荔波瑤山:變與不變.中國日報網.2023-08-02

人間仙境,荔波喀斯特.中國日報網.2023-08-02

國際巖溶學界專家齊聚重慶 探索武隆喀斯特世界自然遺產奧秘.中國新聞網.2023-08-02

每日一景|重慶武隆喀斯特旅游區——巴蜀文化旅游走廊新地標.文旅中國.2023-08-02

洞穴游,體驗歐洲別樣景觀.環球網旅游.2023-08-02

這里一切讓位于自然生態保護——克羅地亞十六湖國家公園速記.光明新聞.2023-08-02

繽紛卡帕多奇亞(組圖).新華社.2023-08-02

打卡秘訣|土耳其,好吃又好玩兒.新民晚報.2023-08-02

自駕武隆 看特色喀斯特地貌 品山水重慶.環球網.2023-08-09

9輪強降雨至今“零傷亡”!喀斯特地貌的張家界怎樣做到?.紅網.2023-08-02

“仙境張家界”:大美中國走向世界的靚麗名片.中國日報網.2023-08-02

嫁給傳說 | 喀斯特地貌中的愛與恨:和尚洞篇.國家旅游地理網.2023-08-02

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