深入洞穴：別有洞天

央視國際 2004年11月25日 15:42

　　我們這個星球上有5000多萬平方公里的石灰岩。而中國960萬平方公里的版圖上就有大約1/4的土地屬於石灰岩。這些裸露地表的石灰岩在雨水的洗禮中不僅創造出氣勢磅薄的長江、黃河，也打造出精美的雲南石林、桂林山水、樂業天坑和黃果樹瀑布等眾多的喀斯特地貌。

　　而被埋藏在地下的石灰岩也被塑造出千姿百態的喀斯特洞穴景觀：有受地球重力吸引的陲挂狀的大型帷幔，有高懸在洞頂上的如絲般柔軟的石旗、犬牙交錯的石鐘乳和薄如蟬翼的鵝管；還有幾乎不受地球重力吸引的石盾，石花、月奶石；以及貫穿洞穴上下的石柱，順延洞壁而下的層層石幕，洞穴廊道裏的石梯田、邊石壩等等……

　　我們不禁會問是什麼樣的自然力量能夠掏空山體，撕扯成喀斯特洞穴？又打磨成如此美妙的自然景觀的呢？

　　這種力量首當其衝想到的是地球的內部動力，也就是地殼運動，它主要來源於放射性元素蛻變過程中産生的巨大熱能，這種地球內部能量足以使地殼産生一種強烈的擠壓、拉伸或者扭動，從而引起地殼褶皺、升降、斷裂等變動，使得同樣處在這些變動中的岩層不斷出現無規則的裂隙、錯位較大的斷層以及垂直和水平的節理，而擁有這些斷裂破碎構造的岩石層為各種侵蝕提供了通道。

　　地震的所釋放的能量只是引起岩石層的斷裂和錯位，不斷地製造出斷裂破碎帶，雖然有坑道産生，但它沒有洞穴大廳那樣的空間。

　　火山有足夠的能量在任何地表形態上製造通道噴發而出，然而，火山通道和洞穴顯然是不一樣的，火山製造的通道絕大多數都被一些礦物填塞著，只是火山口上留著大小不等的坑。

　　而洞穴的裏面沒有明顯的撕裂和生拉硬拽，這種力量在破壞洞穴的岩層時簡直可以説是隨心所欲。那麼，是什麼力量不用暴力就把山掏成一個迂迴曲折的洞穴？

　　我們在實驗室裏看到了這樣一個試驗：一些很純的石灰岩石塊被放在玻璃器皿裏，專家往玻璃器皿里加入一些已經稀釋過的鹽酸溶液，10秒鐘左右就看見浸泡在鹽酸溶液裏的石灰岩産生了反應，而旁邊串聯的幾個試管裏冒出很多的氣泡。這些氣泡就是二氧化碳，再看看石灰岩石塊已經被鹽酸溶化成白色溶液了。

　　由此可見，水中的酸性越大，石灰岩被溶蝕得越快。也就是説把石灰岩雕鑿成洞穴的力量，必須符合兩個條件，一個是擁有吞吐量大的水量，另一個要求這些水裏必須含有一定的酸度。而洞穴地下河就擁有一定的吞吐量，地下河吞吐量的多少，是和當地的降雨有直接的關係。處在中國西南部濕潤氣候下的雲貴川黔是一個雨水十分豐沛的區域，那裏正在發育著無數的喀斯特洞穴以及密集的地下河網絡；而處在中國北方季風區域的北京，半乾旱的氣候造成雨水的貧乏，不過也擁有一定吞吐量的地下河。

　　這是為什麼？因為地下河除了水量的多少以外，水中酸的含量對石灰岩的侵蝕力也是一個重要因素，地下河水中二氧化碳的含量很高，這些二氧化碳有的來自於雨水，有的來自於地球上的生物群落，但是絕大多數都是來自於土壤，當它們從不同的方向匯聚到一起的時候，就成為充滿著二氧化碳的水，這種水就是吞噬石灰岩的殺手。

　　那麼石灰岩是怎樣被吞噬的呢？這場掠奪戰爭是在分子之間展開的：游離在水中的二氧化碳直奔自己的目標，捕捉石灰岩中的主要成員——鈣，逮住了鈣就等於是摧毀了石灰岩這個堡壘。這樣水中含的二氧化碳越多，提取鈣的能力就越強，石灰岩被瓦解得就越快。因此水中二氧化碳的含量決定著水對石灰岩的溶蝕能力。

　　然而，二氧化碳含量又和溫度緊密相關，因為二氧化碳是在土壤中由生物製造的，天氣越熱，生物在土壤中生産的二氧化碳就越多，也就是説，溫度高的土壤比溫度低的土壤生産的二氧化碳要多，雨水在經過地表時候，氣溫越高，獲得的二氧化碳就越多，根據這個道理，在水量同等的情況下，氣溫越高，水溶蝕石灰岩的力度就越大。

　　由此可見溫度也是溶蝕石灰岩的決定性因素，從中國西南部正在發育的喀斯特地貌環境來看，在持續高溫的季節裏同時擁有豐沛雨水降臨，這種現象叫做水熱同季。我們得感謝穿越我國的季風，恰恰是季風把雨水送到了高溫區，創造這種水熱同季的條件。

　　水熱同季的雨水飽含著很濃二氧化碳，它是一種酸性很大的雨水，在這種雨水的浸泡或者沖蝕下，石灰岩的流失速度將會十分迅速和猛烈。

　　然而，實際上北京石花洞所在的地理位置和氣候條件沒有任何優勢，因為它在有一定海拔的山區，它的氣溫比其它低海拔的石灰岩地區要低，因此它並不比周圍其它石灰岩地區獲得更多的二氧化碳。

　　遭受到各種不可能因素困擾下的石花洞，卻受到了造山運動的寵愛，它正好發育在兩個造山帶的交匯點上，可以想象得出來這個交匯點上分佈著密密麻麻的斷層與裂隙組合。正是這些斷層和裂隙，增加了岩層中的破碎程度，形成大面積的構造軟弱帶，並且發育成能夠讓水流過的透水層，構造軟弱帶的形成加快了地表水進入石灰岩層的速度。

　　這個好像魔術師暗箱的軟弱帶，攜帶著土壤中各種雜質的碳酸水，在岩層的各種裂隙裏穿行。這些雜岩的加入，恰恰容易減少岩層的條理性，它們相互制約，往往不容易崩塌，一般來説，凡是有漂亮的鐘乳石的洞穴，就意味著這裡的岩層比較結實，洞穴比較穩定。

　　石花洞的內外因素決定了地表水能夠最大效率的在石灰岩中發揮運輸能力。如果説地表水與地下河沿著岩層中的剝離斷層不斷的沖刷，造就出洞穴的廊道是很容易的。但是，要製造出一個大廳，這樣如此大量的物質輸出，僅僅靠地下河水的搬運，就好比愚公率領著子子孫孫們無窮無盡地在挖王屋山。

　　可見地下河水量緩慢的流動是不足以清除洞穴堆積物的，那麼，地下河是如何搬開洞穴中巨大的堆積物呢？這似乎是一個非常複雜的水利工程，它顯示著洞穴的形成是自然界的多元力量的巧合。

　　大約在2500萬年前，也就是進入第四紀以後，地殼開始大幅度抬升，陸地迅速隆起成為山地，這時石花洞所在華北板塊的中部發生了造山運動，一邊是燕山山脈的隆起，另一邊是太行山脈的隆升，這兩個造山帶幾乎形成一個90度的直角，它們控制著直角區域裏的多個褶皺、斷裂的活動帶，石花洞所在的山脈就是太行山脈中的一個褶皺的山脈，7層的洞穴結構就是造山運動對華北板塊的7次間歇抬升的記錄。

　　這7次抬升把石花洞一下子就抬高了120米，於是，石花洞的地下河就獲得了7個下降的坡度，這些坡度造成地下河的流速更快，這樣7個下降坡度無疑成為整個地下河的黃金運輸段。

　　抬升讓地下河得到了更強大的動力，加快了地下河迅速向下一層轉移，地下河向下改道，使得原來的地下河道變成了洞穴的通道，這個通道又是下一層的洞頂，那些曾經是地下河道的岩層裂隙，經過地下河長期的浸泡，裂隙已經擴大，一旦脫離了地下河，多組交叉裂隙受地球重力的吸引而産生崩塌，形成了洞穴大廳。在洞壁上都可以看到，一些洞穴懸吊在半空，有的甚至就在洞頂上，那就是過去地下河的通道。

　　隨著地殼的每一次上升，地下河就會順著各種縫隙轉移到下一層，就是這樣的循環製造，洞穴中的層與層就被改造成不規則的階梯狀下降，要麼是幾乎垂直的豎井，要麼就是陡坎，險象環生。

　　石花洞形成，似乎應該是這樣的一個過程，首先必須有石灰岩的材料，和必須有一個水熱同季的氣候，這個氣候創造一條充滿二氧化碳的地下河。然後，這條地下河在一條狹窄的通道中，不可思議地把大量的物質運走，形成洞穴。