喀斯特地貌

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喀斯特地貌(英文名:Karst),又名岩溶地貌,是地下水与地表水对可溶性岩石溶蚀与沉淀,侵蚀与沉积,以及重力崩塌、坍塌、堆积等作用形成的地貌,为中国五大造型地貌之一。19世纪末,南斯拉夫学者司威治,在观察斯洛文尼亚的喀斯特高原的地形后,将这一奇特的地表形态统称为“喀斯特地貌”。到20世纪初,“喀斯特”开始在地理学和地质学中作为岩溶地貌的代名词。1966年,中国在第一届喀斯特学术会议上提出将喀斯特改...

喀斯特地貌(英文名:Karst),又名岩溶地貌,是地下水与地表水对可溶性岩石溶蚀与沉淀,侵蚀与沉积,以及重力崩塌、坍塌、堆积等作用形成的地貌,为中国五大造型地貌之一。19世纪末,南斯拉夫学者司威治,在观察斯洛文尼亚的喀斯特高原的地形后,将这一奇特的地表形态统称为“喀斯特地貌”。到20世纪初,“喀斯特”开始在地理学和地质学中作为岩溶地貌的代名词。1966年,中国在第一届喀斯特学术会议上提出将喀斯特改为岩溶,作为Karst的同义语。

发现和命名

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喀斯特一词原来是南斯拉夫西北部伊斯的里亚半岛的石灰岩高原的地名,当地人称其为kras,德语叫karst,为石头之意。18世纪初,欧洲人使用了德语karst一词。19世纪末,南斯拉夫学者司威治,发现位于南斯拉夫和意大利的交界处的亚得里亚海迪纳尔阿尔卑斯山西北部有一个叫喀斯特的高原上,发育着奇形怪状的地貌,到处是石沟、石芽、竖井、落水洞、干谷、洼地和峰林、峰丛并绵亘几百千米,山中地下还隐藏着许多巨大而奇特的洞穴,洞穴内的钟乳石、石笋、石柱、石幔、石花等。司威治仔细考察研究了这些地上地下奇景后,觉得无法将它归入已知的地貌类型,便用所在研究地的名字将这一奇特的地表形态统称为“喀斯特地貌”。

喀斯特的同义词,叫岩溶。1966年,在广西南宁召开的“中国地质学会第一次喀斯特学术会议”上,有代表建议,“喀斯特”是个洋名,不易被大多数人所理解,改为“岩溶”。“岩溶”,就是水对酸盐岩的溶蚀,对水的机械侵蚀作用、沉积作用、以及崩塌作用所形成的景观。

喀斯特地貌

定义

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喀斯特地貌是可溶性岩经受水流溶蚀、侵蚀以及岩体重力崩落、坍陷等作用过程,形成于地表和地下各种侵蚀和堆积物体形态的总称。

成因

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形成过程

根据Davis和Ground喀斯特地区地理循环理论和总结了中国喀斯特研究的实践,中国学者提出了一套喀斯特发育理论。侏罗纪开始的燕山运动,广泛的影响了喀斯特地貌的发育。其中印度板块与欧亚次大陆的相撞,引起喜马拉雅山的强烈上升和青藏高原的隆起。另外太平洋板块俯冲,形成亚洲东部一系列岛弧与边绿海盆的张开。这两个主要构造事件都密切的影响了喀斯特的发育。喀斯特现象及有关景观的发育,受许多自然条件的影响与控制,特别是构造与气候两者最为重要。喀斯特发育又受溶蚀-侵蚀和溶蚀两个基准面的控制,喀斯特地貌的发育有一定的演变顺序,即从一个原始的规则的构造面或一个上升的微起伏剥蚀面开始发育,到青年期的漏斗、落水洞、洼地发育,地表水几乎全部转化为地下水,但主河仍可存在;中年期,由于地下河顶板的塌落,地下河向地表河转化,大量溶蚀洼地和谷地发育。由于不透水层广泛出露,或地面高度接近侵蚀基准面,喀斯特发育到了老年期,地表演化成泛滥平原,平原上分布了孤峰、残丘,喀斯特现象逐渐消失。广西桂林、阳朔一带为中年期喀斯特地貌,而贵县、黎塘一带则为老年期喀斯特地貌。或者说,喀斯特地貌的发育序为:峰丛→峰林→孤峰→残丘。受地质构造运动的影响,喀斯特演化是多旋回的,不同旋回阶段的喀斯特地貌可以迭加在一起,出现幼年期、青年期和中年期喀斯特地貌同时并存的现象。

中国南北方喀斯特地貌的发育强度和类型有很大差别。南方以雄伟壮观的峰丛峰林地貌为主,配以各种规模的负地形,广泛发育的地下河系,洞穴景观;北方以常态山形、干谷、地下水系(大泉)为主,洞穴次生沉积物的规模较小。

近现代西方对喀斯特地貌的发育理论研究成果主要有“循环演化论”(以W.M台维斯为代表)和Davis和Ground的喀斯特地区地理循环理论。

形成条件

物质基础

可溶性岩石是喀斯特地貌形成的根本条件,中国西南地区之所以喀斯特地貌分布广泛,最主要的是这里有其发育的主体。大量的碳酸盐岩、硫酸盐岩和卤化盐岩在流水的不断溶蚀作用下,在地表和地下形成了各种奇特的喀斯特景观。从溶解度上看,卤化盐岩>硫酸盐岩>碳酸盐岩;由于碳酸盐岩种类较多,其各类岩石溶解度随着难溶性杂质的多少而定,石灰岩>白云岩>泥灰岩。从岩石结构分析,结晶质岩石晶粒愈大溶解度愈小;等粒岩比不等粒岩溶解度要小。

岩石具有一定的孔隙和裂隙,它们是流动水下渗的主要渠道。岩石裂隙越大,岩石的透水性越强,岩溶作用越显著。在溶洞中,岩溶作用愈强烈,溶洞越大,地下管道越多,喀斯特地貌发育越完整,并且形成一个不断扩大的循环网。

外力作用

水的溶蚀能力来源于二氧化碳(CO2)与水结合形成的碳酸(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来自大气流动、有机物在水中的腐蚀和矿物化。下面几个化学方程式反映了岩溶作用的进行:

H2O+CO2⇌H2CO3;(第一步:形成碳酸)

H2CO3⇌H+HCO3;(第二步:碳酸离解生成H)

H+CaCO3⇌HCO3+Ca(第三步:H与CaCO3反应生成HCO3,从而使CaCO3溶解)

这几步反应在大自然间是十分复杂的过程,因为温度、气压、生物、土壤等许多自然条件制约着反应的进行,并且这些反应都是可逆的,水中的二氧化碳增多,反应向右进行,就有利于CaCO3的分解,岩溶作用进行就比较容易,反之则不利于岩溶作用。

由于水中的二氧化碳需要得到及时的补充,水的溶蚀作用才能顺利进行,水的溶蚀能力才得以巩固加强。同时,流动的水带动河底砂砾对岩石进行机械侵蚀,这样更有利于岩溶作用的深入。

分类

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喀斯特地貌类别划分有不同的分类标准,较为常见的为按喀斯特作用发生地分为地表喀斯特和地下喀斯特。此外,按出露条件划分为裸露型喀斯特、覆盖型喀斯特、埋藏型喀斯特;按气候带划分为热带喀斯特、亚热带喀斯特、温带喀斯特、寒带喀斯特、干旱区喀斯特;按岩性划分为石灰岩喀斯特、白云岩喀斯特、石膏喀斯特、盐喀斯特。

地表喀斯特

石芽

石芽是地表水沿碳酸盐岩表面裂隙溶蚀,形成纵横交错的脊状岩体。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。石芽的形态受岩性和构造裂隙控制,有的呈尖脊状、尖刀山状,有的呈车轨状、棋盘状和石林状。石芽为蚀余产物,热带厚层纯石灰岩上发育形成的高大石芽常高达数十米,成为石林。云南地区的石林就是发育比较好的形态高大的石芽群,它的形成条件是厚层、质纯、产状平缓、垂直节理稀疏和湿热的气候环境。

喀斯特地貌

石芽

溶沟

溶沟是指碳酸盐岩表面的一种溶蚀现象,雨水顺着岩石坡面流动,刻划溶蚀成的沟槽。溶沟深度一般由数厘米到数米,最深可达十余米以上。多成片分布于碳酸盐岩坡面上,底部常填充泥土或碎屑,受岩石节理裂隙控制,呈平行状、树枝状和格状的交叉系统。

喀斯特地貌

溶沟

喀斯特漏斗

喀斯特漏斗又称溶斗。它是石灰岩地层经地下水长期溶蚀、淋滤、坍塌而形成的一种地质地貌现象,呈蝶形或倒锥形洼地,宽数十米,深数米至10余米,底部有垂直裂隙或落水洞。溶斗按形态分有碗状、漏斗状和井状溶斗;按成因主要分为崩塌溶斗、溶蚀溶斗、沉陷溶斗、下层喀斯特崩塌溶斗、冲积溶斗。其底部常有落水洞与地下系统水力联系,并常覆盖溶蚀残余粘土与碎石。

喀斯特地貌

喀斯特漏斗

落水洞

落水洞又称无底洞、消水洞、消洞等。落水洞是因为流水沿裂隙进行溶蚀、机械侵蚀以及坍陷形成的近于垂直的洞穴。多分布在较陡的坡地两侧和盆地、洼地底部。落水洞根据形态可分为两种:一是裂隙状落水洞,形态狭长,作一定倾斜和曲折向地下延伸,这种落水洞分布最广;二是井状落水洞,它的深度和宽度都很大。在塌陷漏斗基础上形成的落水洞,即竖井也叫“天坑”,地表水垂直流入地下河,深度可达数十米至数百米。

喀斯特地貌

落水洞

溶蚀洼地

溶蚀洼地是一种范围广,近似圆形的封闭性岩溶洼地,四周多低山和峰林,底部平坦,雨季易涝,旱季易干,具有封闭性。一般宽数十米至数百米,长数千米至数十千米。面积较大的溶蚀洼地称“坡立谷”。溶蚀洼地和坡立谷的形成,主要是溶蚀漏斗逐渐扩大,相邻溶洞发生塌落合并而成,有的则与断层分布有关。

喀斯特地貌

溶蚀洼地

喀斯特盆地

喀斯特盆地又称为坡立谷,是一种大型喀斯特洼地,面积一般为10-100平方千米以上,边缘略陡并发育有峰林,底部平坦且覆盖残留红土,多分布在地壳相对稳定的区域,如云南砚山县、罗平县和贵州安顺市。喀斯特盆地是人口和资源集中的人类活动强烈的地下水流域,盆地的水循环和污染物的迁移经过河流、落水洞、表层岩溶带、饱水带、地下河管道等多个环节。

喀斯特地貌

喀斯特盆地

喀斯特平原

喀斯特平原地貌具有“岩、溶、水”等特征,许多峰丛谷地不断扩大相连,溶蚀作用与河流的侵蚀作用都很明显,形成具有较厚松散地层覆盖的类似平原地形,并伴有残留少数孤峰,构成喀斯特平原景观。喀斯特平原地貌塔位,上覆厚度、状态不同的土层,下卧裂隙、风化程度不一的岩层。其地表覆盖红土并发育孤峰残丘,如广西宾阳县黎塘镇和贵港市,桂林漓江山水和广东肇庆的溶峰都属于这类喀斯特地貌景观,这种地貌类型的地下岩溶水也较丰富,易产生岩溶塌陷。

喀斯特地貌

喀斯特平原

峰丛

峰丛是同一基座而峰顶分离的碳酸盐岩山峰,峰丛顶部为圆锥状或尖锥状的山峰,相对高差一般为200~300米,石峰多以锥状为主,峰丛之间岩溶洼地、漏斗、落水洞发育,常形成峰丛洼地或峰丛漏斗的组合形态。峰丛是可溶性岩受到强烈溶蚀而形成的山峰集合体,多分布于碳酸盐岩山区的中部或靠近高原、山地的边缘部分。

喀斯特地貌

峰丛

峰林

峰林为分散碳酸盐岩山峰,通常由峰丛发育形成,但因受到构造影响而形态多变,在水平岩层上多呈圆柱形或锥形,在大倾角岩层上多呈单斜式。气候条件对峰林形态有影响,藏南古峰林遭寒冻风化破坏,峰林仅30-50米高,云贵高原峰林也因遭到破坏而较浑圆矮小,黔桂两省区交接带气候较为炎热,地下水垂直运动强烈,峰林高达300-400米。

喀斯特地貌

峰林

孤峰

孤峰是峰林发育晚期残存的孤立山峰,多分布于喀斯特盆地底部或喀斯特平原上。孤峰需要地壳长期稳定而无太大的地质运动。

喀斯特地貌

孤峰

地下喀斯特

溶洞

地下水沿岩石裂隙或落水洞向下运动时发生溶蚀,形成各种形态的管道和洞穴,并相互沟通或合并,行成统一的地下水位。地壳上升,地下水位将随河流下切而降低,洞穴转变为干溶洞。水平溶洞的发育大多与当地侵蚀基面相适应,因此此类溶洞与阶地及河面对比可反映构造上升量。垂直溶洞深度可达数百米至数千米,可视为地壳上升的标志。

喀斯特地貌

溶洞

地下河

地下河亦称暗河,是以溶蚀作用为主形成的地下廊道、溶洞和溶蚀组成的喀斯特地下管道系统。地下河发育规模大小不一,长者达数十千米,短者几千米,汇水面积大者超过1000平方千米。地下河是由错综复杂的管道系统组成,它的结构特征不单控制着地下河的分布,而且也影响到地下河的发育规模,特别是岩溶水的贮存、补给、逢流和排泄严格受到地下河结构形态的制约。

喀斯特地貌

地下河

暗湖

暗湖是地下河相通的地下湖,和地表湖泊一样,暗湖也具有水源调蓄作用,其可储存和调节地下水。

喀斯特地貌

暗湖

石钟乳

石钟乳是干溶洞顶部裂隙渗出的地下水中所含碳酸钙因温度升高、压力减小与水分蒸发而沉淀,自洞顶向下增长形成。它是一种呈倒锥状的岩溶堆积物,大的可达数米,小的只有几厘米,它与洞顶紧紧相连,不断向洞底延伸。

喀斯特地貌

石钟乳

石笋

石笋是石钟乳上的水滴跌落至洞底时,变成许多小水珠或流动的水膜,促进水滴中CO2的散逸,而在洞底产生碳酸钙堆积,堆积物横切面没有中央通道,但具有同心圆结构,随水滴跌落不断由洞底往上增高形成的锥状、塔状及盘状的沉积物。它与石钟乳相对生长,一般呈笋状、塔状和锥状。石笋的横剖面具有同心圆结构。石笋底盘大,本身比较稳定,不容易折断,石笋的最大高度能达30米。

喀斯特地貌

石笋

石柱

石柱是石钟乳与石笋相接形成 。石钟乳和石笋相对生长,并逐渐结合成一体,随着岩溶水的不断沉积,慢慢形成粗壮的石柱。

喀斯特地貌

石柱

热带喀斯特

热带喀斯特位于低纬度地区,包括热带和南亚热带季风区的喀斯特。热带喀斯特地区的热带气候主要类型为热带湿润、热带草原和热带季风气候。由于高温多雨,一方面水的循环快,溶蚀力强,喀斯特作用可以终年进行,而且由于气温高,水的化学反应速度快,产生的氢离子多,使水的溶蚀力加快;另一方面在湿热条件下,植物茂盛,它会产生大量的二氧化碳及分泌出大量有机酸,增强了水的溶蚀力。因此热带喀斯特的溶蚀力最强,地表和地下地貌都很发育,其中峰林石山是其他喀斯特地貌所没有的。热带气候地区的岩溶作用已经发生了1000万年,而且没有中断,这也造成了严重的岩溶剥蚀冰川期和年轻的海侵。热带喀斯特地貌以峰林一洼地为代表,分布于中国广西、广东西部、云南东部和贵州南部,安地列斯群岛(西印度群岛),印度尼西亚等地。该区地下洞穴众多,地下河支流较多,流域面积大,地表发育有众多洼地,呈现峰林一洼地地貌。峰林的坡度很陡,一般大于45度。奇峰异洞是热带喀斯特的典型特征。中国热带海洋的珊瑚礁是最年轻的碳酸盐岩,构成礁岛的珊瑚礁多溶孔景观。

喀斯特地貌

热带喀斯特

亚热带喀斯特

亚热带喀斯特地貌以缓丘一洼地(谷地)为代表,分布于秦岭淮河一线以南。地下河较热带多而短小,洼地较少,干谷的比例较大。洞穴数量较热带喀斯特大为减少,以溶蚀裂隙性洞穴居多,南部多溶蚀型拱状洞穴。黔中、黔南和滇东高原上,碳酸盐岩分布面积与厚度亦都较大。这些地区喀斯特地貌是地质时期气候条件下发育起来的。一般在海拔2000米或2000米以上的高原面上主要是溶蚀小洼地、漏斗和落水洞等以及散布其间的一些低矮的峰林和石林,石林分布于路南、宜良、东川、弥勒、罗平一带。在海拔1000~1500米的地面上,则以大型溶蚀洼地、矮小的丘陵或石林为特征,大型洼地中有许多落水洞和漏斗,它们成连串分布,其地下往往是暗河。贵州南部向广西盆地降落的斜坡地带,高大的峰丛往往伴以深陷的圆洼地,地表河流多半转入地下。黔北、鄂西、川东、湘西一带,碳酸盐岩分布亦广泛,溶蚀洼地、漏斗、落水洞等的密度和深度都很大。美国的佛罗里达州中西部和得克萨斯州南部也有广泛的亚热带喀斯特地区。

喀斯特地貌

亚热带喀斯特

温带喀斯特

温带喀斯特处于中纬度地区,气温较低,雨量较少,且有明显的干季,喀斯特作用受到一定限制。温带喀斯特地貌不好发育,以少数喀斯特化山地干谷、溶斗和溶蚀洼地为代表,石芽及溶沟发育不好,而且多被风化物覆盖。但地下地貌如溶洞、地下河、溶隙及喀斯特泉等较发育,其地下洞穴一般为裂隙性洞穴,规模较小,喀斯特泉较为突出,一般有较大的汇水面积和流量,因此有“隐喀斯特”之称。温带喀斯特以法国、捷克、乌拉尔、密西西比平原、中国华北、中国东北等地为代表。

喀斯特地貌

温带喀斯特

干旱区喀斯特

干旱地区喀斯特处于热带、亚热带和温带的干旱气候区,终年气温较高,雨量稀少,植物缺乏,因此其喀斯特现象发育微弱,由于还有少量地下水的存在,而且水中含有较多的硫酸根离子,因此喀斯特作用仍能进行,不过地貌发育极差,偶有小型孔洞出现。干旱区喀斯特地貌仅在少数灰岩裂隙中有轻微的溶蚀痕迹,有些裂隙被方解石充填,地下溶洞极少,已不能构成渗漏和地基不稳的因素。干旱区主要分布在中国西北地区,伊朗阿巴尔古等地区。

喀斯特地貌

干旱区喀斯特

寒冻高原喀斯特

寒冻高原喀斯特或称寒带及高寒地区喀斯特,位于高纬度、高原和高山地区,由于终年气温低,水的冻结时间长或有冻土层存在,土壤覆盖物缺乏或不完整发育,水的流动及溶蚀作用也受到了极大的限制,因此不论地表或地下地貌发育都很差,地表以溶沟为多见,地下有小型孔洞、溶隙和喀斯特泉等。寒冻高原喀斯特以西伯利亚、加拿大、青藏高原等地为代表。中国青藏高原的寒冻高原喀斯特处于冰缘作用下,冻融风化强烈。常见的有冻融石丘、石墙等,其下部覆盖冰缘作用形成的岩屑坡。山坡上发育有很浅的岩洞,还可见到一些穿洞,偶见洼地。

喀斯特地貌

寒冻高原喀斯特

分布

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中国分布

中国喀斯特地貌分布广泛,类型众多。喀斯特地貌主要分布在气候比较暖湿的、存在着大量石灰岩层分布区。喀斯特地貌在中国的分布面积达344万平方千米,占中国国土面积的三分之一,裸露型喀斯特地貌面积达120万平方千米。碳酸盐岩石其中以广西、贵州和云南东部所占的面积最大,是世界上最大的喀斯特区之一,就有中国著名的云南石林。湘西、鄂西、川东、鲁、晋等地分布也较广。世界前十大天坑中,中国占有9个(另一个位于巴布亚新几内亚)。

中国著名的喀斯特景观名胜区分布:广东——广西——云南——贵州——四川——重庆——湖南——江西——浙江——江苏——山东——河北——北京——辽宁——吉林。

喀斯特地貌

中国喀斯特分布图

世界分布

喀斯特地貌在世界分布较为广泛,可溶性岩石占地球面积的10.2%。除了中国以外,越南、印度尼西亚、马来西亚、缅甸、泰国、土耳其、俄罗斯、德国、波兰、匈牙利、捷克、斯洛伐克、西班牙、法国、英国、爱尔兰、比利时、瑞士、奥地利、希腊、罗马尼亚、保加利亚、克罗地亚、波斯尼亚和黑塞哥维那、意大利、美国、墨西哥、波多黎各(美)、牙买加、古巴、巴西、阿尔及利亚、埃及、索马里、叙利亚和澳大利亚等国家和地区都有喀斯特地貌分布。其中,澳大利亚、伯利兹、巴西、保加利亚、加拿大、中国、克罗地亚、古巴、匈牙利、意大利、马达加斯加、马来西亚、墨西哥、黑山、菲律宾、俄罗斯、斯洛伐克、斯洛文尼亚、所罗门群岛、美国和越南等国家共有37处喀斯特地貌被列入《世界遗产名录》。

学术研究

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科研历史

从公元前四-五世纪就出现了有关喀斯特的记录,早在中国宋代和明代的王守仁和宋应星,就对石灰岩岩溶地貌做过比较确切的描述。特别是宋应星,还对岩溶及石灰华的再沉积机理,做过开创性的研究和记述。明代徐宏祖所著的《徐霞客道记》系统地记载了中国南方喀斯特地貌的分布和区域特征,记载了洞穴形态、气象和水文情况,是中国古代最为系统的喀斯特著作。

毕业于维也纳大学的茨维奇(Jovan Cvijić),他是著名地形学教授彭克(Albrecht Penck)的学生,他极大地提高了人们对于岩溶地区的认识,因此他被称为“岩溶地貌之父”。茨维奇在1893年出版的《喀斯特现象(Das Karstphänomen)》中主要讨论了巴尔干半岛的岩溶地区,描述了溶洞、漏斗和洼地等地貌。

20世纪初,“喀斯特”在地理学和地质学中作为岩溶地貌的代名词始于20世纪初欧洲地质学家H·Stelle对喀斯特高原的喀斯特村庄的研究。

1966年,中国在第一届喀斯特学术会议上讨论了岩溶学的基本问题和研究方向,并提出将喀斯特改为岩溶,作为喀斯特的同义语。

1973-1980年西藏综合考察,中科院青藏队对西藏自治区进行全面系统的综合考察,包括地球物理、地质、地理、生物和农林牧等学科领域50多个专业,共400多位科学工作者。第一次揭开了世界屋脊喀斯特地貌的帷幕。对中国辽阔的热带海域的珊瑚礁喀斯特也有所研究。

20世纪80年代初,中英岩溶地质学家在中国的联合洞穴探险活动中发现了四川兴文特大型漏斗——“大岩湾”和“小岩湾”。兴文也成为中国第一个发现大型岩溶负地形的地方,中国天坑研究的起源地,从而丰富了中国的岩溶地貌地质学。

1982年10月24一29日,中国地理学会在广西柳州召开了“喀斯特地貌和洞穴学术讨论会”,有来自中国各地的73名代表出席了会议,他们多是年富力强的中年科技工作者。英国喀斯特学家斯维廷在柳州访问期间参加了大会,并作了“热带喀斯特新进展”的报告,受到与会者的欢迎。英国喀斯特水文学家阿特金森也为大会写来了论文。中国地理学会秘书长瞿宁淑同志主持了会议。

1992年11月1日-6日,中国地理学会地貌与第四纪专业委员会喀斯特地貌与洞穴专业组在浙江省桐庐县召开了第三届中国喀斯特地貌与洞穴学术讨论会。会议由喀斯特地貌与洞穴专业组和桐庐县旅游局共同组织召开的。来自中国科研、教育、地质、水利和旅游部门等33个单位69位学者和代表参加了会议并作了学术交流。

进入21世纪,中国地学界针对石漠化生态修复与建设等问题,深入开展了土壤侵蚀特征、小流域生态恢复、SAR影响配准及石漠化岩性、土地利用关系等方面的研究。为探索喀斯特地区侵蚀模数与侵蚀因子的相关关系,开展了不同坡度条件下土壤侵蚀模数的多因子方程筛选回归模型研究,提高了缓坡、陡坡侵蚀产沙预测精度。

科研成果

明代徐宏祖的《徐霞客游记》对喀斯特地貌的研究比欧洲早250余年。其对喀斯特地貌的类型、分布和各地区间的差异,尤其是喀斯特洞穴的特征、类型及成因,有详细的考察和科学的记述。在广西、贵州、云南,他探查过的洞穴有270多个,且都有方向、高度、宽度和深度的具体记载。并初步论述其成因,指出一些岩洞是水的机械侵蚀造成,钟乳石是含钙质的水滴蒸发后逐渐凝聚而成等。

近现代西方对喀斯特地貌的发育理论研究成果主要有“循环演化论”(以W.M台维斯为代表)和戴维斯(Davis)的喀斯特地区地理循环理论。

中科院地理所喀斯特地貌研究组从20世纪90年代就开始了旅游洞穴的应用研究,在洞穴稳定性以及喀斯特景观旅游资源评价等方面做了很多首创性的工作。先后完成了浙江瑶琳洞、河北临城白云洞、云南弥勒白龙洞、福建龙岩龙眡洞、路南石林景观等典型喀斯特景观的形成、发育、演化及其景观评价的调查论证科研报告。

2023年6月,新疆巴音郭楞蒙古自治州阿尔金山国家级自然保护区管理局与新疆地矿局的科研人员在对阿尔金山进行科学考察时,对此前发现位于阿尔金山国家级自然保护区西部的2500余平方千米的岩溶地貌进行了实地考察,确认其为喀斯特地貌。

2023年7月,中国地质调查局岩溶地质研究所岩溶动力学团队赴斯洛文尼亚共和国经典岩溶坡立谷地区,执行国家重点研发计划项目《中国-斯洛文尼亚岩溶地质“一带一路”联合实验室建设与关键带对比研究》,开展草地、林地岩溶碳循环监测站建设与维护,首次实现了野外监测数据远程跨国传输。

问题与保护开发

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问题

热带亚热带湿润与半湿润气候条件,溶岩极其发育的自然背景下,受人为活动干扰,使地表植被遭受破坏,造成土壤严重侵蚀,基岩大面积裸露,土地退化的极端表现。基岩塌陷,分别有地下河塌陷、矿产开采塌陷、蒸发岩溶石塌陷。岩溶上松散沉积层中的塌陷,地下水位坡动引起土中潜蚀,产生土洞,导致塌陷;地下水污染,岩溶地区人类活动,常在地下河系统的汇水区,而地表水常通过落水洞排入地下,缺乏过滤作用,岩溶水极易受到污染,中国南方多地下河已变成下水道。

由于20世纪中国喀斯特地区的人口快速膨胀,乱垦滥伐,森林覆盖率急剧下降,许多地区的森林覆盖率由解放初30%~50%已降到目前的10%~20%,甚至有的地区不到5%。森林覆盖率的下降导致严重的水土流失和土地质量严重退化,岩漠化面积迅速扩大,如贵州省石漠化面积从1975的8806.6平方千米发展到1985年的13888平方千米,平均每年以508.2平方千米的速度扩大。喀斯特地区山高坡陡,土地瘠薄,生物生产量极低,人民生活贫困。

随着喀斯特地表开口的扩大,下沉孔逐渐形成,但在洞穴顶部突然坍塌之前,通常看不到渐进侵蚀。这导致了洞穴吞噬了房屋、牲畜、汽车和农业机械等等。2014年,美国一个洞穴天坑突然坍塌吞噬了肯塔基州鲍灵格林国家克尔维特博物馆的部分藏品。

2001年,堪萨斯州哈钦森附近二叠纪盐矿中的数十个喀斯特洞穴组成的储气田泄漏了400万立方米的天然气,导致该市内外发生多起大规模爆炸。

保护开发

保护

管理喀斯特地貌需要独特的方法,必须同时考虑地表和地下环境。喀斯特地貌通常具有广泛且快速流动的地下排水系统。因此,一个地区的污染可以长距离迅速传播,污染井和泉水中的公共饮用水。喀斯特生态系统拥有适应仅在极端喀斯特环境中生活的植物和动物。即使是轻微的改变或干扰也会对喀斯特生态系统产生重大影响。喀斯特地区的农业、制造业和建筑项目应考虑到这一敏感景观,并尽量减少潜在的环境问题。

1998年10月,美国国会创建了国家洞穴与岩溶研究所,研究所将设在新墨西哥州的卡尔斯堡洞穴国家公园附近。该研究所的使命是进一步进行洞穴学研究,加强公共教育,推动洞穴、岩溶地貌和岩溶系统环境保护的全国性及国际性合作,开展和促进有利于环境和可持续发展的洞穴与岩溶管理。

2006年,汤加国家森林启动了1997年汤加森林计划的程序。《2008年森林计划修正案》对《溶洞管理标准和指南》进行了重大修改。这些新的指导方针有望纠正过去方向上的一些模糊性,并澄清岩溶和洞穴管理的策略和过程。2008年森林计划还增加了地质特殊利益区,以保护约190平方千米的喀斯特土地。

2015年,美国地质调查局估计,在过去15年中,岩溶相关过程造成的损坏修复成本每年至少为3亿美元,但指出,根据不充分的数据,这可能是严重低估。

开发

在10年改革开放政策的鼓舞下,喀斯特地区各级政府和人民提高了开发旅游资源、发展经济的意识、取得了“开发一个洞、搞活了一个县”的良好经济和社会效益。科研、教学部门与旅游部门相结合,开展了广泛深的研究工作,如桐庐瑶琳洞洞穴成因与环境、云南白龙洞洞穴生态环境研究、云南建水燕子洞旅游环境质量评价研究等等都取得了很大成果,为洞穴资源的合理开发和保护提供了科学依据。喀斯特地貌学家和洞穴学家广泛开展了喀斯特旅游资源的调查和评价,出版了《黄果树区域旅游资源研究》《浙江洞穴旅游文化》专著,使旅游资源的研究和评价方法更理论化和系统化。旅游部门广泛总结洞穴旅游资源开发、保护和管理的宝贵经验。采取种种措施,使人地协调藕合发展,利用有利条件,发展经济。

1994年底,北京天文台(今中国国家天文台)牵头中国20所院校,提出建设“喀斯特工程”。最终选址在具备稳定地质条件、大口径天坑和缺乏无线电干扰的位于贵州的大型落水洞大窝凼。FAST射电望远镜为世界最大单口径射电望远镜,最终于2016年9月25日在贵州省平塘县落成使用,被誉为“中国天眼”。

喀斯特含水层被开发为饮用水源。许多国家做出这一决定是因为他们意识到喀斯特含水层十分重要并且能够提供的良好水质。岩溶含水层在以下地区的供水中占很大比例:东南欧(阿尔卑斯山和喀尔巴阡山脉)、地中海盆地、近东和中东、阿拉伯半岛和非洲之角、东南亚、北非、加勒比盆地和中美洲,以及美国南部。

在近东和中东的干旱地区,开采喀斯特含水层和建造出通道灌溉耕地是非常常见的。水源也被广泛用于给动物食用,优质的淡水为动物的健康和生长提供了保障。

瑞士的阿尔卑斯山通过利用高液压在水力发电的功能使用岩溶水,使得岩溶水的热特性得到利用。

典型喀斯特地貌景观

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中国

云南石林景区

云南石林景区位于昆明市石林彝族自治县境内,被称为“世界喀斯特的精华”,有“天下第一奇观”的美誉。景区先后荣获“世界地质公园”、“国家级风景名胜区”、“国家5A级旅游景区”等荣誉称号,并于2007年作为“中国南方喀斯特”的重要组成部分,成功列入“世界自然遗产”名录。石林喀斯特以“雄、奇、险、秀、幽、奥、旷”著称,是世界上唯一位于亚热带高原地区的喀斯特风景区,具有奇特的喀斯特地貌(岩溶地貌)景观。石林形成于2.7亿年前,涵盖了地球上众多的喀斯特地貌类型,其石牙、峰丛、溶丘、溶洞、溶蚀湖、瀑布、地下河错落有致,是典型的高原喀斯特生态系统和最丰富的立体全景图。

喀斯特地貌

云南石林景区

荔波小七孔景区

荔波小七孔景区位于黔桂交界,由一座建于清朝道光15年的七孔古石桥而得名。景区面积46.4平方千米,在宽仅1.5千米,长19千米的狭长幽谷里,集山、水、洞、林、瀑、湖、石多种景观于一体,融雄、奇、险、秀、美为一炉,玲珑秀丽、美轮美奂,是喀斯特地貌中无与伦比的奇观,人称“超级盆景”。2005年贵州荔波喀斯特正式被明确为“中国南方喀斯特”世界自然遗产的第一批申报单位,中国南方喀斯特是世界上最壮观的湿热带-亚热带喀斯特景观之一,具有极高的美学价值。2007年,荔波小七孔以绝无仅有的喀斯特森林系统及生物多样性成为中国第六个、贵州第一个世界自然遗产地。

喀斯特地貌

荔波小七孔景区

武隆喀斯特旅游区

武隆位于重庆市武陵山与大娄山交汇的褶皱地带,2007年6月27日,在新西兰举办的第31届世界遗产大会上,包括重庆武隆喀斯特在内的“中国南方喀斯特”被列入《世界遗产名录》。武隆喀斯特由此成为中国第六处、重庆市第一处世界自然遗产地。武隆喀斯特旅游区拥有罕见的喀斯特自然景观,包括溶洞、天坑、地缝、峡谷、峰丛、高山草原等,形态全面;兼具丰富多彩的度假、休闲、娱乐、运动项目,以及土家族、苗族、仡佬族等少数民族独特的民俗风情。

喀斯特地貌

武隆喀斯特旅游区

世界

波斯托伊纳溶洞

波斯托伊那溶洞位于斯洛文尼亚共和国境内,是欧洲第二大溶洞。溶洞全长27千米,洞深115米,海拔562米。洞内胜景甚多,洞内套洞,有隧道相连,形成一条奇伟的山洞长廊。洞内有高悬的钟乳和挺拔的石笋,五光十色,千姿百态。这处溶洞是欧洲最受欢迎的洞穴景点之一。据报道,波斯托伊纳溶洞至今已经开放了200多年,接待了全球超过数千万游客。洞内最多的是高悬的钟乳石和高耸的石笋,最高的石笋有16米。还有一根最晶莹洁白的大石笋,被视为波斯托伊纳溶洞的象征。

喀斯特地貌

波斯托伊纳溶洞

普利特维采湖群国家公园

普利特维采湖群国家公园位于克罗地亚中部喀斯特山区,普利特维采湖群公园是东南欧国家中历史最为悠久的国家公园,也是克罗地亚面积最大、知名度最高的国家公园。1979年被联合国教科文组织列入《世界自然遗产名录》,近年被国际媒体评为“世界十大最美湖泊”之一。由于公园地势南高北低,科拉纳河源头的河水以及附近许多山溪汇集成湖,满溢后顺势下淌,形成大大小小一连串的湖群及瀑布群,绵延约10千米。因主要的湖泊有16个,人们又称之为十六湖国家公园。园区面积约3万公顷,现在约有二十分之一的面积对公众开放。

喀斯特地貌

普利特维采湖群国家公园

卡帕多奇亚

卡帕多奇亚位于土耳其安纳托利亚高原中部,几百万年前火山喷发出的大量岩浆冷却、凝固、风化后形成了该地独特的喀斯特地貌,有“世界第八大自然奇迹”之称,每天都有众多来自世界各地的游客乘坐热气球在此参观。独一无二的喀斯特地貌,火山喷发后的岩浆冷却凝固,又经过长年累月的风化和侵蚀,使得卡帕多奇亚呈现出奇特景象。精灵烟囱是其中的标志性杰作,一根根矗立着的巨大“烟囱”直插云霄,形成了壮丽的石林景观。

喀斯特地貌

卡帕多奇亚

相关文化

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影视

武隆天坑又名天生三桥,是中国罕见的地质奇观生态型旅游区,属典型的喀斯特地貌。张艺谋曾在这里拍摄了《满城尽带黄金甲》,是整部电影唯一的外景拍摄地点,也是《变形金刚4》《三生三世十里桃花》电影版的外景拍摄地。

张家界以喀斯特地貌的奇峰秀石闻名于世,在电影《阿凡达》中的悬浮山“哈利路亚山”就在张家界取景,张家界从此成为世界影迷们心中的“圣地”。

文学

列夫·托尔斯泰(1828-1910)在游览伏尔加河石窟时曾在《日记》中写道:“新鲜的空气不仅使我充满活力,而且激发了我的灵感。”

昭通作家夏天敏的中篇小说《天坑》发表于《当代》2018年第五期,《天坑》是以镇雄县五德大锅圈的天坑为背景,以天坑中人事为题材而创作的。小说以刘家伦与天坑的关系为线索,讲述了刘家伦从进入天坑到永远离开此地的故事。

传说

玉华洞风景区地处将乐县城东南方向,距县城近处约3千米,远处7千米左右,属喀斯特风景地貌,形成于二亿七千万年前。民间传说中玉华洞是神农时代的大仙赤松子采药炼丹和耕作的地方。

张家界以喀斯特地貌的奇峰秀石闻名于世,传说张家界是三千奇峰的母亲山。相传在天宫瑶池的一次蟠桃盛会上,王母娘娘一连吃了三千个千年蟠桃,之后发现自己怀有身孕。因肚疼难忍,王母娘娘掉进了人间的云梦泽,生出了三千石头儿女,王母娘娘惊讶至极。这时,三千儿女齐声叫喊:“张,张—。”王母娘娘灵机一动,说:“此地就叫张家界!”

以和尚洞为代表的喀斯特地貌奇观,是大自然的宝贵遗产。据传说,大约150年前,七里伴峡来了一位神秘的和尚,一身行装,风尘仆仆,像是长途跋涉而来,当地无人认识。他来到山洞前,便决定不走了,从此在洞中住下,偶尔还会去不远处的盐井寺呆几天。和尚年纪不大,在山洞中住了很多年才圆寂,本地人将其埋在洞里,和尚洞也自此得名。

参考资料

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词条目录
  1. 发现和命名
  2. 定义
  3. 成因
  4. 形成过程
  5. 形成条件
  6. 物质基础
  7. 外力作用
  8. 分类
  9. 地表喀斯特
  10. 石芽
  11. 溶沟
  12. 喀斯特漏斗
  13. 落水洞
  14. 溶蚀洼地
  15. 喀斯特盆地
  16. 喀斯特平原
  17. 峰丛
  18. 峰林
  19. 孤峰
  20. 地下喀斯特
  21. 溶洞
  22. 地下河
  23. 暗湖
  24. 石钟乳
  25. 石笋
  26. 石柱
  27. 热带喀斯特
  28. 亚热带喀斯特
  29. 温带喀斯特
  30. 干旱区喀斯特
  31. 寒冻高原喀斯特
  32. 分布
  33. 中国分布
  34. 世界分布
  35. 学术研究
  36. 科研历史
  37. 科研成果
  38. 问题与保护开发
  39. 问题
  40. 保护开发
  41. 保护
  42. 开发
  43. 典型喀斯特地貌景观
  44. 中国
  45. 云南石林景区
  46. 荔波小七孔景区
  47. 武隆喀斯特旅游区
  48. 世界
  49. 波斯托伊纳溶洞
  50. 普利特维采湖群国家公园
  51. 卡帕多奇亚
  52. 相关文化
  53. 影视
  54. 文学
  55. 传说
  56. 参考资料

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