喀斯特地貌的成因
摘要：喀斯特地貌分布广泛，本文就喀斯特地貌的成因及形成条件进行介绍，并讨论研究喀斯特的意义及其作用。
关键词：喀斯特地貌 岩溶
一.喀斯特地貌简介
1.1喀斯特地貌分布
喀斯特地貌（karst landform）是指具有溶蚀力的水对可溶性岩石进行溶蚀等作用所形成的地表和地下形态的总称，又称岩溶地貌。水对可溶性岩石所进行的作用，统称为喀斯特作用。它以溶蚀作用为主，还包括流水的冲蚀、潜蚀，以及坍陷等机械侵蚀过程，这种作用及其产生的现象统称为喀斯特。喀斯特地貌分布在世界各地的可溶性岩石地区。从热带到寒带、由大陆到海岛都有喀斯特地貌的发育。较著名的区域有中国广西、云南和贵州、越南北部、南斯拉夫狄那里克阿尔卑斯山区、意大利和奥地利交界的阿尔卑斯山区、法国中央高原、苏联乌拉尔山、澳大利亚南部、美国肯塔基和印第安纳州、古巴及牙买加等地。
我国喀斯特地貌分布广、面积大，这对于喀斯特地貌的研究是一个非常有利的条件。我国喀斯特地貌主要分布在碳酸盐岩出露地区,面积为91～130万平方公里。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；西藏和北方一些地区也有分布。
1.2喀斯特地貌研究简史
中国对喀斯特现象的记载,在《山海经》上已有。宋代以后不但记述喀斯特现象，并进行成因的探讨。如宋代沈括在《梦溪笔谈》中指出了石钟乳的成因。明末徐霞客考察了湖南、广西、贵州、云南等地的喀斯特，仅在桂、黔、滇三省便探查了 270多个洞穴，深入地观察和描述了洞的大小、深浅、洞内的复杂结构及洞的外部情况，成为世界上考察喀斯特地貌的先驱。例如其中对韶音洞的记载：“由亭下，西抵祠后，入韶音洞。其洞西向，高二丈，东透而出约十丈。洞东高崖崭绝，有小水汇其前，幽泽嵌壁，恍非尘世。其水自北坞南来，石梁当洞架其上，曰接龙桥。坐桥上，还眺〔洞〕门崖壁，更尽峥嵘之势。洞门左崖张西铭栻刻《韶音洞记》，字尚可模仍从洞内西出，乃缘磴东上，有磨崖，碑刻朱紫阳所撰《舜祠记》，为张松建祠作。”【1】
1.3喀斯特作用
喀斯特地貌的形成与喀斯特作用密切相关，一般来说，地下水和地表水对可溶性岩石的破坏和再造作用有化学作用过程，包括溶解和沉淀；有物理作用过程，包括流水的侵蚀和堆积、重力的塌陷和堆积等。在潮湿炎热的地区化学作用过程是塑造喀斯特地貌的主要动力。 喀斯特作用是通过水与可溶性岩石之间的一系列化学作用进行的，主要包括碳酸化作用、水解作用和氧化作用。【2】
碳酸盐类在纯水中是难溶的，然而当水中有CO2时，碳酸盐的溶解度会显著增大，其综合化学反应式为：
CaCO3＋CO2＋H2O→2HCO3－＋Ca2＋
不难发现，溶于水中的CO2与H20作用形成H2CO3，H2CO3解离，产生H＋离子和HCO3－根离子。当H20中含有大量CO2时，就会解离出大量的H＋离子，H＋离子与固态的CaCO3中的CO32－根离子结合成为HCO3－根离子而分离出Ca2＋离子。所以，H2O中CO2含量高，化学作用的溶解占主导地位，反之，沉淀占主导地位。这一过程称为碳酸化作用。
我们知道，在地表温度每升高10℃，化学反应速度可增加为原来的2—3倍。但温度的影响较复杂，温度升高，水中CO2的含量会减少，但高的温度又使水中的H＋离子增多，使水的溶蚀力增强；而气压与CO2的含量成正比。因此，在温热潮湿的条件下，温度、气压较高，水中CO2含量较高，水对碳酸盐的溶蚀力较强，喀斯特化学作用中的溶解过程占主导地位，使碳酸盐转变为可溶性碳酸氢盐随水的流动而发生迁移；当气候条件转变为寒冷干燥时，温度、气压较低，喀斯特化学作用中的沉淀过程则占主导地位，而沉淀物受温差等条件的影响，会发生机械破碎作用。在地面以下也会发生喀斯特作用，那时则是地下水溶解气体中的二氧化碳，再发生相同的化学作用，此时溶解过程相对来说会很缓慢。
水中常有一部分水分子解离成H＋离子和OH－根离子，各种弱酸强碱盐或强酸弱碱盐的矿物溶于水后也会出现解离现象，其中解离物可与水中的H＋离子或OH－根离子发生化学反应，这个过程称为水解作用。如钾长石 （K（AlSi3O8））在水解作用下，一方面形成KOH溶液随水流失，一方面析出Si02胶体，其余部分形成难溶的高岭石（Al4（Si4O10）（OH）8）残留于原地。
在大气和水中含有大量游离氧，大气中占21％，溶于水的气体中氧占33—35％。岩石中矿物在氧的作用下，使其中低价元素氧化为高价元素，低价化合物氧化为高价化合物，发生氧化作用。许多含有变价元素的矿物，在缺氧条件下为低价元素化合物，遇氧则会被氧化为高价化合物。如黄铁矿（FeS2）在含有游离氧的水中，S－被氧化为S6＋并组成SO42－，其中的Fe2＋与SO42－化合形成铁矾（FeSO4·nH2O），铁矾被氧化、水解，Fe2＋被氧化成Fe3＋，形成稳定的褐铁矿（FeO（OH））留于原地。
总而言之，喀斯特化学作用的溶解—搬运—沉淀过程，溶解为搬运提供条件，而岩石碎屑在搬运中又溶解，如此往复则形成壮观的喀斯特地貌。
1.4喀斯特地貌形成的必要条件
一是可溶性岩石，这是喀斯特地貌发育的物质基础。可溶性岩石可分为三类：（1）碳酸盐类岩石，如石灰岩、白云岩、泥质条件灰岩。（2）硫酸盐类岩石，如石膏、芒硝。（3）卤化盐类岩石，如石岩、 钾岩。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；但前两者分布较少，故喀斯特地貌大多以碳酸盐岩为主。由于碳酸盐岩种类较多，所以不同的岩石，溶解度也不同。实验证明，含方解石为主的石灰岩比含白云石为主的白云岩溶解度要大。一般地，硅质灰岩比白云岩难溶，泥质灰岩又比硅质灰岩难溶。在结构方面，一般是结晶质岩石的晶粒愈小，相对溶解度愈大。不等粒结构的灰岩又比等粒结构的灰岩相对溶解度大。
二是地质构造。断裂破碎带一般为喀斯特发育比较强烈的地带。如裂隙发育、延伸较远且开口较大的地带，有利于喀斯特作用进行。在两组断层相交的地段，溶斗、溶洞最易发育。裂隙向深处逐渐消失，岩石透水性降低，因此喀斯特作用便随之减弱。褶皱会影响喀斯特的发育。背斜轴部及其倾伏端，向斜轴部及其翘起端，是喀斯特发育的有利部位。岩层产状也影响喀斯特的发育。倾斜较缓岩层中水的运动和扩展面较大，喀斯特发育较好。【3】
三是流水的作用。流动的水溶蚀性会更强烈，因为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。
四是合适的气候。我国西南地区气候湿润，降水量大，地表径流相对稳定，流水下渗作用连续，并且降水使流水得以更新和有效补充。因此岩溶作用得以延续进行。
二．喀斯特地貌的研究价值
喀斯特地区蕴藏着丰富的矿藏资源和旅游资源。但是喀斯特地区时常发生地基下陷，水库漏水和地表缺水等现象，对当地人们的生产和生活带来不便。因此，研究喀斯特地貌的形成作用具有十分重要的意义。
喀斯特研究在理论和生产实践上都有重要意义。喀斯特地区有许多不利于生产的因素，需要克服和预防，也有大量有利于生产的因素可以开发利用。喀斯特地区时常发生地基下陷，水库漏水和地表缺水等现象，对当地人们的生产和生活带来不便。但是喀斯特矿泉、温泉富含有益元素和气体，有医疗价值。喀斯特洞穴和古喀斯特面上各种沉积矿产较为丰富，古喀斯特潜山是良好的储油气构造。喀斯特地区的奇峰异洞、明暗相间的河流、清澈的喀斯特泉等，是很好的旅游资源。例如，云南路南的石林是溶沟阶段的产物，这里的自然风光因阿诗玛姑娘的动人传说而变得格外旖旎。桂林的象鼻山，则是原地下河道出露地表形成的。在广西境内，经常可看到这种抬升到地表以上的溶洞，俗称“神女镜”或“仙女镜”。
喀斯特地貌的产物之一----石笋，还有一种很好的价值----确定古温度。1993年，一位英国科学家采用定年精度较高、而所需测试样品量又很小的热电离质谱仪对采自英国的一个石笋进行了铀系定年和微生长层计数对比，确认了这个石笋的生长层是年生长层。我国著名的第四纪地质学家和环境地质学家刘东生院士早在20世纪80年代就注意到洞穴沉积物的古气候研究价值。1995年所发现的首例北京石花洞石笋微层，就是刘东生院士领导下的研究小组的研究成果。
可见，对于喀斯特地貌及其产物的研究对于人类生活、科学研究都具有重要的意义。
参考文献：
1.徐弘祖著 ，唐云校注 ，《徐霞客游记》
2.谭兵 ， 云南国土资源职业学院 ， 喀斯特地貌形成的主要作用分析
3.夏邦栋 ， 普通地质学 ， 地质出版社 ， 1995年6月北京第二版
喀斯特地貌的成因
摘要：喀斯特地貌分布广泛，本文就喀斯特地貌的成因及形成条件进行介绍，并讨论研究喀斯特的意义及其作用。
关键词：喀斯特地貌 岩溶
一.喀斯特地貌简介
1.1喀斯特地貌分布
喀斯特地貌（karst landform）是指具有溶蚀力的水对可溶性岩石进行溶蚀等作用所形成的地表和地下形态的总称，又称岩溶地貌。水对可溶性岩石所进行的作用，统称为喀斯特作用。它以溶蚀作用为主，还包括流水的冲蚀、潜蚀，以及坍陷等机械侵蚀过程，这种作用及其产生的现象统称为喀斯特。喀斯特地貌分布在世界各地的可溶性岩石地区。从热带到寒带、由大陆到海岛都有喀斯特地貌的发育。较著名的区域有中国广西、云南和贵州、越南北部、南斯拉夫狄那里克阿尔卑斯山区、意大利和奥地利交界的阿尔卑斯山区、法国中央高原、苏联乌拉尔山、澳大利亚南部、美国肯塔基和印第安纳州、古巴及牙买加等地。
我国喀斯特地貌分布广、面积大，这对于喀斯特地貌的研究是一个非常有利的条件。我国喀斯特地貌主要分布在碳酸盐岩出露地区,面积为91～130万平方公里。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；西藏和北方一些地区也有分布。
1.2喀斯特地貌研究简史
中国对喀斯特现象的记载,在《山海经》上已有。宋代以后不但记述喀斯特现象，并进行成因的探讨。如宋代沈括在《梦溪笔谈》中指出了石钟乳的成因。明末徐霞客考察了湖南、广西、贵州、云南等地的喀斯特，仅在桂、黔、滇三省便探查了 270多个洞穴，深入地观察和描述了洞的大小、深浅、洞内的复杂结构及洞的外部情况，成为世界上考察喀斯特地貌的先驱。例如其中对韶音洞的记载：“由亭下，西抵祠后，入韶音洞。其洞西向，高二丈，东透而出约十丈。洞东高崖崭绝，有小水汇其前，幽泽嵌壁，恍非尘世。其水自北坞南来，石梁当洞架其上，曰接龙桥。坐桥上，还眺〔洞〕门崖壁，更尽峥嵘之势。洞门左崖张西铭栻刻《韶音洞记》，字尚可模仍从洞内西出，乃缘磴东上，有磨崖，碑刻朱紫阳所撰《舜祠记》，为张松建祠作。”【1】
1.3喀斯特作用
喀斯特地貌的形成与喀斯特作用密切相关，一般来说，地下水和地表水对可溶性岩石的破坏和再造作用有化学作用过程，包括溶解和沉淀；有物理作用过程，包括流水的侵蚀和堆积、重力的塌陷和堆积等。在潮湿炎热的地区化学作用过程是塑造喀斯特地貌的主要动力。 喀斯特作用是通过水与可溶性岩石之间的一系列化学作用进行的，主要包括碳酸化作用、水解作用和氧化作用。【2】
碳酸盐类在纯水中是难溶的，然而当水中有CO2时，碳酸盐的溶解度会显著增大，其综合化学反应式为：
CaCO3＋CO2＋H2O→2HCO3－＋Ca2＋
不难发现，溶于水中的CO2与H20作用形成H2CO3，H2CO3解离，产生H＋离子和HCO3－根离子。当H20中含有大量CO2时，就会解离出大量的H＋离子，H＋离子与固态的CaCO3中的CO32－根离子结合成为HCO3－根离子而分离出Ca2＋离子。所以，H2O中CO2含量高，化学作用的溶解占主导地位，反之，沉淀占主导地位。这一过程称为碳酸化作用。
我们知道，在地表温度每升高10℃，化学反应速度可增加为原来的2—3倍。但温度的影响较复杂，温度升高，水中CO2的含量会减少，但高的温度又使水中的H＋离子增多，使水的溶蚀力增强；而气压与CO2的含量成正比。因此，在温热潮湿的条件下，温度、气压较高，水中CO2含量较高，水对碳酸盐的溶蚀力较强，喀斯特化学作用中的溶解过程占主导地位，使碳酸盐转变为可溶性碳酸氢盐随水的流动而发生迁移；当气候条件转变为寒冷干燥时，温度、气压较低，喀斯特化学作用中的沉淀过程则占主导地位，而沉淀物受温差等条件的影响，会发生机械破碎作用。在地面以下也会发生喀斯特作用，那时则是地下水溶解气体中的二氧化碳，再发生相同的化学作用，此时溶解过程相对来说会很缓慢。
水中常有一部分水分子解离成H＋离子和OH－根离子，各种弱酸强碱盐或强酸弱碱盐的矿物溶于水后也会出现解离现象，其中解离物可与水中的H＋离子或OH－根离子发生化学反应，这个过程称为水解作用。如钾长石 （K（AlSi3O8））在水解作用下，一方面形成KOH溶液随水流失，一方面析出Si02胶体，其余部分形成难溶的高岭石（Al4（Si4O10）（OH）8）残留于原地。
在大气和水中含有大量游离氧，大气中占21％，溶于水的气体中氧占33—35％。岩石中矿物在氧的作用下，使其中低价元素氧化为高价元素，低价化合物氧化为高价化合物，发生氧化作用。许多含有变价元素的矿物，在缺氧条件下为低价元素化合物，遇氧则会被氧化为高价化合物。如黄铁矿（FeS2）在含有游离氧的水中，S－被氧化为S6＋并组成SO42－，其中的Fe2＋与SO42－化合形成铁矾（FeSO4·nH2O），铁矾被氧化、水解，Fe2＋被氧化成Fe3＋，形成稳定的褐铁矿（FeO（OH））留于原地。
总而言之，喀斯特化学作用的溶解—搬运—沉淀过程，溶解为搬运提供条件，而岩石碎屑在搬运中又溶解，如此往复则形成壮观的喀斯特地貌。
1.4喀斯特地貌形成的必要条件
一是可溶性岩石，这是喀斯特地貌发育的物质基础。可溶性岩石可分为三类：（1）碳酸盐类岩石，如石灰岩、白云岩、泥质条件灰岩。（2）硫酸盐类岩石，如石膏、芒硝。（3）卤化盐类岩石，如石岩、 钾岩。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；但前两者分布较少，故喀斯特地貌大多以碳酸盐岩为主。由于碳酸盐岩种类较多，所以不同的岩石，溶解度也不同。实验证明，含方解石为主的石灰岩比含白云石为主的白云岩溶解度要大。一般地，硅质灰岩比白云岩难溶，泥质灰岩又比硅质灰岩难溶。在结构方面，一般是结晶质岩石的晶粒愈小，相对溶解度愈大。不等粒结构的灰岩又比等粒结构的灰岩相对溶解度大。
二是地质构造。断裂破碎带一般为喀斯特发育比较强烈的地带。如裂隙发育、延伸较远且开口较大的地带，有利于喀斯特作用进行。在两组断层相交的地段，溶斗、溶洞最易发育。裂隙向深处逐渐消失，岩石透水性降低，因此喀斯特作用便随之减弱。褶皱会影响喀斯特的发育。背斜轴部及其倾伏端，向斜轴部及其翘起端，是喀斯特发育的有利部位。岩层产状也影响喀斯特的发育。倾斜较缓岩层中水的运动和扩展面较大，喀斯特发育较好。【3】
三是流水的作用。流动的水溶蚀性会更强烈，因为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。
四是合适的气候。我国西南地区气候湿润，降水量大，地表径流相对稳定，流水下渗作用连续，并且降水使流水得以更新和有效补充。因此岩溶作用得以延续进行。
二．喀斯特地貌的研究价值
喀斯特地区蕴藏着丰富的矿藏资源和旅游资源。但是喀斯特地区时常发生地基下陷，水库漏水和地表缺水等现象，对当地人们的生产和生活带来不便。因此，研究喀斯特地貌的形成作用具有十分重要的意义。
喀斯特研究在理论和生产实践上都有重要意义。喀斯特地区有许多不利于生产的因素，需要克服和预防，也有大量有利于生产的因素可以开发利用。喀斯特地区时常发生地基下陷，水库漏水和地表缺水等现象，对当地人们的生产和生活带来不便。但是喀斯特矿泉、温泉富含有益元素和气体，有医疗价值。喀斯特洞穴和古喀斯特面上各种沉积矿产较为丰富，古喀斯特潜山是良好的储油气构造。喀斯特地区的奇峰异洞、明暗相间的河流、清澈的喀斯特泉等，是很好的旅游资源。例如，云南路南的石林是溶沟阶段的产物，这里的自然风光因阿诗玛姑娘的动人传说而变得格外旖旎。桂林的象鼻山，则是原地下河道出露地表形成的。在广西境内，经常可看到这种抬升到地表以上的溶洞，俗称“神女镜”或“仙女镜”。
喀斯特地貌的产物之一----石笋，还有一种很好的价值----确定古温度。1993年，一位英国科学家采用定年精度较高、而所需测试样品量又很小的热电离质谱仪对采自英国的一个石笋进行了铀系定年和微生长层计数对比，确认了这个石笋的生长层是年生长层。我国著名的第四纪地质学家和环境地质学家刘东生院士早在20世纪80年代就注意到洞穴沉积物的古气候研究价值。1995年所发现的首例北京石花洞石笋微层，就是刘东生院士领导下的研究小组的研究成果。
可见，对于喀斯特地貌及其产物的研究对于人类生活、科学研究都具有重要的意义。
参考文献：
1.徐弘祖著 ，唐云校注 ，《徐霞客游记》
2.谭兵 ， 云南国土资源职业学院 ， 喀斯特地貌形成的主要作用分析
3.夏邦栋 ， 普通地质学 ， 地质出版社 ， 1995年6月北京第二版