喀斯特地形

喀斯特地形

具有溶蝕力的水對可溶性岩石進行溶蝕等作用所形成的地表和地下形態的總稱。又稱岩溶地貌。水對可溶性岩石所進行的作用,統稱為大喀斯特作用。它以溶蝕作用為主,還包括流水的沖蝕、潛蝕,以及坍陷等機械侵蝕過程。這種作用及其產生的現象統稱為喀斯特。喀斯特是南斯拉夫西北部伊斯特拉半島碳酸鹽岩高原的地名,當地稱為Kras,意為岩石裸露的地方。近代喀斯特研究發軔於該地而得名。喀斯特地貌由於其獨特的地貌特徵,經常容易“產出”類型各異的風景區,比如著名的張家界武陵源風景區就是石英砂岩峰林地貌,屬於典型的喀斯特地貌。武陵源景區內的巨厚的石英砂岩,產狀平緩,使岩層不能沿層面薄弱部位滑塌,覆蓋在志留系柔性的頁岩之上。重力作用,使得剛性的石英砂岩垂直節理髮育,在水流強烈的侵蝕作用下,岩層不但解體、崩塌,流水搬運,殘留在原地的便形成雄、奇、險、秀、幽、曠等千奇百怪的峰林。

喀斯特地形喀斯特地形
喀斯特地形也稱喀斯特地貌,是具有溶蝕力的水對可溶性岩石進行溶蝕等作用所形成的地表和地下形態的總稱。又稱岩溶地貌。一般指碳酸鹽類岩石分布地區或存在流經石灰岩的地下水所特有的地貌現象。當雨水或者地下水與地面碳酸鹽類岩石接觸時,就會有少量碳酸鹽溶於水中。經過長時期的溶解侵蝕,形成了以地表岩層千溝萬壑為標誌的地表特徵。在喀斯特地貌下往往存在地下河、溶洞等景象。

介紹

喀斯特地形喀斯特地形
喀斯特地形(karst landform)

具有溶蝕力的水對可溶性岩石進行溶蝕等作用所形成的地表和地下形態的總稱。又稱岩溶地形。水對可溶性岩石所進行的作用,統稱為喀斯特作用。它以溶蝕作用為主,還包括流水的沖蝕、潛蝕,以及坍陷等機械侵蝕過程。這種作用及其產生的現象統稱為喀斯特。喀斯特是南斯拉夫西北部伊斯特拉半島碳酸鹽岩高原的地名,當地稱為Kras,意為岩石裸奔的地方。近代喀斯特研究發軔於該地而得名。

喀斯特地形分布在世界各地的可溶性岩石地區。可溶性岩石有3類:①碳酸鹽類岩石(石灰岩、白雲岩、泥灰岩等)。②硫酸鹽類岩石(石膏、硬石膏和芒硝)。③鹵鹽類岩石(鉀、鈉、鎂鹽岩石等)。總面積達51×106平方千米,占地球總面積的10%。從熱帶到寒帶、由大陸到海島都有喀斯特地形發育。較著名的區域有中國廣西雲南貴州等省(區),越南北部,南斯拉夫狄那裡克阿爾卑斯山區,義大利和奧地利交界的阿爾卑斯山區,法國中央高原,俄羅斯烏拉爾山,澳大利亞南部,美國肯塔基和印第安納州,古巴及牙買加等地。中國喀斯特地形分布廣、面積大。主要分布在碳酸鹽岩出露地區,面積約91-130萬平方千米。其中以廣西、貴州、雲南和四川青海(即雲貴高原)東部所占的面積最大,是世界上最大的喀斯特區之一;西藏和北方一些地區也有分布。

喀斯特可劃分許多不同的類型。按出露條件分為:裸奔型喀斯特、覆蓋型喀斯特、埋藏型喀斯特。按氣候帶分為:熱帶喀斯特、亞熱帶喀斯特、溫帶喀斯特、寒帶喀斯特、乾旱區喀斯特。按岩性分為:石灰岩喀斯特、白雲岩喀斯特、石膏喀斯特、鹽喀斯特。此外,還有按海拔高度、發育程度、水文特徵、形成時期等不同的劃分等。由其他不同成因而產生形態上類似喀斯特的現象,統稱為假喀斯特,包括碎屑喀斯特、黃土和粘土喀斯特、熱融喀斯特和火山岩區的熔岩喀斯特等。它們不是由可溶性岩石所構成,在本質上不同於喀斯特。

喀斯特地形在碳酸鹽岩地層分布區最為發育。該區岩石突露、奇峰林立,常見的地表喀斯特地形有石芽、石林、峰林、喀斯特丘陵等喀斯特正地形,溶溝、落水洞、盲谷、乾谷、喀斯特窪地等喀斯特負地形;地下喀斯特地形有溶洞、地下河、地下湖等;以及與地表和地下密切相關聯的豎井、芽洞、天生橋等喀斯特地形。

喀斯特研究在理論和生產實踐上都有重要意義。喀斯特地區有許多不利於生產的因素,需要克服和預防,也有大量有利於生產的因素可以開發利用。喀斯特礦泉溫泉富含有益元素和氣體,有醫療價值。喀斯特洞穴和古喀斯特面上各種沉積礦產較為豐富,古喀斯特潛山是良好的儲油氣構造。喀斯特地區的奇峰異洞、明暗相間的河流、清澈的喀斯特泉等,是很好的旅遊資源。

名稱

喀斯特地形陽朔喀斯特地形
19世紀末,南斯拉夫學者司威治,發現位於南斯拉夫和義大利交界處的狄納爾里克山西北部的喀斯特高原上,發育著奇形怪狀的地形,在此之前,人們對這樣的地形,還沒有統一的科學稱謂。司威治便用高原的名字,把這種地形稱為喀斯特(karst)地形。從此各國科學家紛紛仿效,一致將發育在可溶性岩石地區的這種奇特地形,稱為喀斯特地形。

喀斯特一詞在中國延用了很長時間。1966年在廣西桂林召開的第2次全國喀斯特學術會議上,一些學者認為喀斯特一詞無法反映這種地形的成因,建議將改為“岩溶”,意指這種地形是因地表水和地下水對可溶性岩石進行長期溶蝕和侵蝕後形成的。從此,中國的教科書和學術刊物上,喀斯特被岩溶所取代。岩溶一詞雖被廣泛運用,但有些學者為了和國際上統一起來,又不斷使用喀斯特一詞,致使岩溶和喀斯特在中國成為並用的同義詞

300多年前,中國明代地理學家徐霞客不畏艱辛,詳細考察了廣西、雲南、貴州一帶的石灰岩地形,探尋記述了100多個地下溶洞,為中國喀斯特地形的研究,作出了不可磨滅的卓越貢獻。

喀斯特地形在世界上分布很廣,凡有可溶性岩石(主要是石灰岩,其次為白雲岩石膏等)分布的地區,都會發育喀斯特地形。喀斯特地形在中國分布面積約125萬平方公里,其中西南幾省區就達55萬平方公里。廣西的桂林山水、雲南的路南石林,均為聞名於世的喀斯特地形。喀斯特地形包括地表和地下兩部分。

形成

喀斯特地形溶洞
喀斯特地形的形成通常是溫帶氣候地區pH值較低的酸性雨和石灰岩層所造成的。隨著地表下的岩石不斷與水反應,將不溶的碳酸鹽在與二氧化碳的共同作用下不斷生成可溶但不穩定的碳酸氫鹽,在排水較好的地下岩層就能形成一個大的溶洞。溶洞中的水在流動時,其溶解的碳酸氫鹽就可能分解,再度形成不溶的碳酸鹽沉降在地面。溶洞中從高處落下這樣的水滴就可能在很短的時間內將碳酸鹽沉降在溶洞頂部,而另一部分則會在地面沉降。上部的碳酸鹽沉降往往形成一個倒錐形的鐘乳石,而地面上會形成形如其名的石筍

該種地形地理學家最早在克羅埃西亞喀斯特高原做有系統的研究,因此又稱喀斯特地形。“喀斯特”是位於“斯洛維尼亞”西南部河谷以南,並延伸到“義大利”東北角大城鄰近狹長地帶的一片高地。因為該地區絕大部份位於斯洛維尼亞境內,所以簡述為位於斯洛維尼亞是可以接受的。

喀斯特地形的地表崎嶇、土壤十分貧瘠,不利農業發展,因此在雲貴高原有“地無三里平,天無三日晴,人無三兩銀”的俗諺。但其千溝萬壑的特色卻十分受到觀光客青睞。巴爾幹半島及中國廣西、貴州、雲南一帶均有喀斯特地形的存在。

分類

喀斯特地形喀斯特地形
按其發育演化,喀斯特地形可分出以下6種。

1)地表水沿灰岩內的節理面或裂隙面等發生溶蝕,形成溶溝(或溶槽),原先成層分布的石灰岩被溶溝分開成石柱或石筍。

2)地表水沿灰岩裂縫向下滲流和溶蝕,超過100m深後形成落水洞。

3)從落水洞下落的地下水到含水層後發生橫向流動,形成溶洞。

4)隨地下洞穴的形成地表發生塌陷,塌陷的深度大面積小,稱坍陷漏斗,深度小面積大則稱陷塘。

5)地下水的溶蝕與塌陷作用長期相結合地作用,形成坡立谷和天生橋。

6)地面上升,原溶洞和地下河等被抬出地表成乾谷和石林,地下水的溶蝕作用在舊日的溶洞和地下河之下繼續進行。

雲南路南的石林是上述第一階段(溶溝階段)的產物,這裡的自然風光因阿詩瑪姑娘的動人傳說而變得格外旖旎。桂林的象鼻山,則是原地下河道出露地表形成的。在廣西境內,經常可看到這種抬升到地表以上的溶洞,俗稱“神女鏡”或“仙女鏡”。

利用

喀斯特地形路南石林
喀斯特地形不僅風景優美奇麗,是發展旅遊事業的一種可貴的天然資源,而且喀斯特地區對於人們的生活和生產建設也有著十分密切的關係。

石灰岩是燒制石灰、水泥的重要原料。在喀斯特溶洞中,由於流水的作用,往往富集了各種砂礦,中國著名的箇舊錫礦就是這樣形成的。至於在廣大的喀斯特地區發展工農業生產,就需要對這些地區的地質、地貌、水文等情況進行深入的調查研究。因為只有了解了那裡的水文情況,才能調查出地下水的儲量,解決供水問題。只有當充分研究和掌握了喀斯特地形的發育規律以後,才能在建設礦山和修建交通線路過程中避免發生溶洞崩坍等事故,才能很好地選擇水庫壩址,解決漏水問題。而喀斯特溶洞還是冷藏物資和進行某些科學實驗的好場所;洞穴中的古生物化石更是歷史學家和考古學家的寶貴資料。

中國勞動人民對於喀斯特地形的認識、利用和改造有著悠久的歷史。早在公元前214年(秦朝),勞動人民就在喀斯特分布的廣西興安地區鑿通了長達30公里的靈渠,連線湘、漓兩江,溝通了長江與珠江兩大水系,成功地建成了中國喀斯特地區第一個大型水利工程,充分顯示出中國古代勞動人民改造自然的智慧和能力。1800年前的東漢時期,山西人民就利用晉祠附近的喀斯特泉水灌溉大片田地。900年前的北宋時期,沈括在他的《夢溪筆談》一書中就論述過石鐘乳的成因。300年前的明朝,徐霞客在考察了華南、西南等地區後,在他的名著《徐霞客遊記》中更對喀斯特現象作了較詳細的記載和初步的分類。

中國西南喀斯特地區位於濕熱多雨的亞熱帶氣候區,這本來是有利於農作物生長的,但由於喀斯特發育的石灰岩地區多裂縫空洞,雨水、地面水極易漏失,造成農田受旱;另一方面,因缺乏地表排水系統的封閉窪地地形,雨季又極易受澇,故西南許多地區自古以來就有“旬日無雨地乾裂,一場大雨遭水淹”和“地面水貴如油,地下水滾滾流”的說法。

新中國成立後,中國水文、地質、地理等有關科研工作者對喀斯特地區進行了深入的調查,尤其是對地下河的利用進行了較深入的研究,並已取得了許多可喜的成績。

廣西各族人民仿照興修地表水利工程的經驗,因地制宜地分別興建了引、蓄、提、排等利用喀斯特地下河的水利工程。所謂“引”就是引水出洞,當地下河從海拔較高的地區向較低的地區流時常有較大的水位落差,這樣就可以在洞內高水位處築壩攔水,並開鑿渠道、隧洞,把本來未出露地表或出露地表較低的地下河水引出洞外,灌溉谷地或平原上的農田。當水位落差較大時,還可以用來興建水電站,再利用尾水灌溉農田,做到一水多用。“蓄”就是堵洞蓄水,在工程地質條件有利的地下河段修建地下壩,截斷地下河,壅高上游地下水位,造成地下水庫。有的在上游有利的地形條件下溢出地表,自流灌溉;有的因水位抬高,可以減少抽水揚程,便於提水;有的利用地下水庫造成的水頭差,興建地下水電站。“提”就是安泵提水,根據喀斯特水出露和動態變化的特點,採用不同的提水設備和方法,如把水泵安裝在船上,或把水泵安裝在可沿軌道滑動的車架上,根據水位漲落升降水泵位置,這叫做滑道式泵站。其他如電梯式泵站、深井泵、潛水泵等也能適用於水位多變的地下河的抽水。廣西人民還在地下河中選擇有利的水力、洞體條件,興建了許多座地下水輪泵站,利用地下河水力把水送上數十米至百多米以上的地面或山上灌溉農田。也有利用地下河天然落差興建地下河水力發電站或兼有提水、發電之利的地下泵電站。“排”就是鑿洞排水,當鄰近有更低一級的窪地或谷地時,可直接開鑿排洪隧洞以防澇;沒有這種有利地形條件時,則主要是開擴和疏通窪地中的落水洞和天然地下河道,擴大泄洪能力,以解除或減輕洪澇危害。

在生產建設實踐中,對喀斯特的改造和利用已取得了多方面的成就和經驗,如石灰岩山區造田造地;利用天然溶洞建設有利於戰備防空的地下工廠和車間;利用天然溶洞四季溫差小的特點,建設低溫、恆溫倉庫、車間等。廣西人民在喀斯特強烈發育的地區進行城市、工礦、道路建設的實踐中,對於與溶洞、地下河有關的穩定性、沉陷、漏水等問題的勘測和處理方面也積累了豐富的經驗。喀斯特地區已不只是一種具有遊覽觀賞價值的令人神往的優美風景區,而且在社會主義建設中將發揮出越來越大的作用。

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