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    深入洞穴:别有洞天

    皱、升降、断裂等变动,使得同样处在这些变动中的岩层不断出现无规则的裂隙、错位较大的断层以及垂直和水平的节理,而拥有这些断裂破碎构造的岩石层为各种侵蚀提供了通道。

      地震的所释放的能量只是引起岩石层的断裂和错位,不断地制造出断裂破碎带,虽然有坑道产生,但它没有洞穴大厅那样的空间。

      火山有足够的能量在任何地表形态上制造通道喷发而出,然而,火山通道和洞穴显然是不一样的,火山制造的通道绝大多数都被一些矿物填塞着,只是火山口上留着大小不等的坑。

      而洞穴的里面没有明显的撕裂和生拉硬拽,这种力量在破坏洞穴的岩层时简直可以说是随心所欲。那么,是什么力量不用暴力就把山掏成一个迂回曲折的洞穴?

      我们在实验室里看到了这样一个试验:一些很纯的石灰岩石块被放在玻璃器皿里,专家往玻璃器皿里加入一些已经稀释过的盐酸溶液,10秒钟左右就看见浸泡在盐酸溶液里的石灰岩产生了反应,而旁边串联的几个试管里冒出很多的气泡。这些气泡就是二氧化碳,再看看石灰岩石块已经被盐酸溶化成白色溶液了。

      由此可见,水中的酸性越大,石灰岩被溶蚀得越快。也就是说把石灰岩雕凿成洞穴的力量,必须符合两个条件,一个是拥有吞吐量大的水量,另一个要求这些水里必须含有一定的酸度。而洞穴地下河就拥有一定的吞吐量,地下河吞吐量的多少,是和当地的降雨有直接的关系。处在中国西南部湿润气候下的云贵川黔是一个雨水十分丰沛的区域,那里正在发育着无数的喀斯特洞穴以及密集的地下河网络;而处在中国北方季风区域的北京,半干旱的气候造成雨水的贫乏,不过也拥有一定吞吐量的地下河。

      这是为什么?因为地下河除了水量的多少以外,水中酸的含量对石灰岩的侵蚀力也是一个重要因素,地下河水中二氧化碳的含量很高,这些二氧化碳有的来自于雨水,有的来自于地球上的生物群落,但是绝大多数都是来自于土壤,当它们从不同的方向汇聚到一起的时候,就成为充满着二氧化碳的水,这种水就是吞噬石灰岩的杀手。

      那么石灰岩是怎样被吞噬的呢?这场掠夺战争是在分子之间展开的:游离在水中的二氧化碳直奔自己的目标,捕捉石灰岩中的主要成员——钙,逮住了钙就等于是摧毁了石灰岩这个堡垒。这样水中含的二氧化碳越多,提取钙的能力就越强,石灰岩被瓦解得就越快。因此水中二氧化碳的含量决定着水对石灰岩的溶蚀能力。

      然而,二氧化碳含量又和温度紧密相关,因为二氧化碳是在土壤中由生物制造的,天气越热,生物在土壤中生产的二氧化碳就越多,也就是说,温度高的土壤比温度低的土壤生产的二氧化碳要多,雨水在经过地表时候,气温越高,获得的二氧化碳就越多,根据这个道理,在水量同等的情况下,气温越高,水溶蚀石灰岩的力度就越大。

      由此可见温度也是溶蚀石灰岩的决定性因素,从中国西南部正在发育的喀斯特地貌环境来看,在持续高温的季节里同时拥有丰沛雨水降临,这种现象叫做水热同季。我们得感谢穿越我国的季风,恰恰是季风把雨水送到了高温区,创造这种水热同季的条件。

      水热同季的雨水饱含着很浓二氧化碳,它是一种酸性很大的雨水,在这种雨水的浸泡或者冲蚀下,石灰岩的流失速度将会十分迅速和猛烈。

      然而,实际上北京石花洞所在的地理位置和气候条件没有任何优势,因为它在有一定海拔的山区,它的气温比其它低海拔的石灰岩地区要低,因此它并不比周围其它石灰岩地区获得更多的二氧化碳。

      遭受到各种不可能因素困扰下的石花洞,却受到了造山运动的宠爱,它正好发育在两个造山带的交汇点上,可以想象得出来这个交汇点上分布着密密麻麻的断层与裂隙组合。正是这些断层和裂隙,增加了岩层中的破碎程度,形成大面积的构造软弱带,并且发育成能够让水流过的透水层,构造软弱带的形成加快了地表水进入石灰岩层的速度。

      这个好像魔术师暗箱的软弱带,携带着土壤中各种杂质的碳酸水,在岩层的各种裂隙里穿行。这些杂岩的加入,恰恰容易减少岩层的条理性,它们相互制约,往往不容易崩塌,一般来说,凡是有漂亮的钟乳石的洞穴,就意味着这里的岩层比较结实,洞穴比较稳定。

      石花洞的内外因素决定了地表水能够最大效率的在石灰岩中发挥运输能力。如果说地表水与地下河沿着岩层中的剥离断层不断的冲刷,造就出洞穴的廊道是很容易的。但是,要制造出一个大厅,这样如此大量的物质输出,仅仅靠地下河水的搬运,就好比愚公率领着子子孙孙们无穷无尽地在挖王屋山。

      可见地下河水量缓慢的流动是不足以清除洞穴堆积物的,那么,地下河是如何搬开洞穴中巨大的堆积物呢?这似乎是一个非常复杂的水利工程,它显示着洞穴的形成是自然界的多元力量的巧合。

      大约在2500万年前,也就是进入第四纪以后,地壳开始大幅度抬升,陆地迅速隆起成为山地,这时石花洞所在华北板块的中部发生了造山运动,一边是燕山山脉的隆起,另一边是太行山脉的隆升,这两个造山带几乎形成一个90度的直角,它们控制着直角区域里的多个褶皱、断裂的活动带,石花洞所在的山脉就是太行山脉中的一个褶皱的山脉,7层的洞穴结构就是造山运动对华北板块的7次间歇抬升的记录。

      这7次抬升把石花洞一下子就抬高了120米,于是,石花洞的地下河就获得了7个下降的坡度,这些坡度造成地下河的流速更快,这样7个下降坡度无疑成为整个地下河的黄金运输段。

      抬升让地下河得到了更强大的动力,加快了地下河迅速向下一层转移,地下河向下改道,使得原来的地下河道变成了洞穴的通道,这个通道又是下一层的洞顶,那些曾经是地下河道的岩层裂隙,经过地下河长期的浸泡,裂隙已经扩大,一旦脱离了地下河,多组交叉裂隙受地球重力的吸引而产生崩塌,形成了洞穴大厅。在洞壁上都可以看到,一些洞穴悬吊在半空,有的甚至就在洞顶上,那就是过去地下河的通道。

      随着地壳的每一次上升,地下河就会顺着各种缝隙转移到下一层,就是这样的循环制造,洞穴中的层与层就被改造成不规则的阶梯状下降,要么是几乎垂直的竖井,要么就是陡坎,险象环生。

      石花洞形成,似乎应该是这样的一个过程,首先必须有石灰岩的材料,和必须有一个水热同季的气候,这个气候创造一条充满二氧化碳的地下河。然后,这条地下河在一条狭窄的通道中,不可思议地把大量的物质运走,形成洞穴。
     



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