“仁者乐山,智者乐水”,山勾勒了自然的轮廓,水雕刻了山石的俊美。
400多年前,明代地理学家徐霞客来到贵州省西南地区,气势磅礴的锥状喀斯特景观令其赞叹不已。这绝美的喀斯特地貌,正是水在时间和空间维度的雕琢,绘出了神奇的景观。
兴义世界地质公园的水是一位技艺高超的“雕刻师”,它流动于地表、地下空间,在地球历史演化的长河中,用它的侵蚀力、溶蚀力、搬运力,在地表、地下等所及之处,落笔雕琢。
兴义世界地质公园水系分布
回望遥远的三叠纪时期,水已经开始勾勒兴义如今的这些奇景。那时候兴义的浅海区不仅作为贵州龙动物群的栖息家园,还沉积了厚厚的碳酸盐岩地层,为后期形成气势磅礴的万峰林提供了物质基础。深海地区则沉积形成了砂岩和页岩,构成了万峰林与南盘江地区在地貌上的分界线,如今看上去就如低矮的垄状土山。万峰湖岸边那犬牙交错的地貌,告诉了我们过去海水深浅的历史界线。当你站在玉皇顶,欣赏云卷云舒,你恰站在了大海深水与浅水区域分界线的边缘。玉皇顶上的日出日落,是地球自转的时间线条;玉皇顶前的“石山”与“土山”,则是海水涨落的时间印记。
随着地壳的构造抬升,地层岩石接受了剥蚀,逐渐地出露地表,开始了千姿百态的造景过程。其中最大的贡献者就是水。可以说,水是喀斯特地貌的塑造动力,有了水才有了一切喀斯特地貌的开始。
世界上的碳酸盐岩分布面积超过了2000万平方公里,中国的碳酸盐岩分布面积有344万平方公里。但是最美、最壮观、最具有特色的喀斯特地貌都在中国的西南地区。岩石虽然是喀斯特地貌发育的物质基础,但是脱离了水的雕刻,那么地貌就显得逊色多了,就如中国北方的喀斯特地貌,没有南方峰丛、峰林、石林地貌的优美与多样。徐霞客用“磅礴数千里,为西南形胜”,赞美了西南绝美的喀斯特地貌,也从另一角度称赞了水的神奇之处。
兴义的水,有着地表水的汹涌澎湃,势不可挡。马岭河、南盘江及黄泥河从北侧、南侧、西侧对兴义地区进行强烈切割,为万峰林、奇香园峰林、马岭河峡谷的形成提供了动力条件。发源于乌蒙山区域的马岭河和周边的地表支流,凭着排泄至南盘江区域的强大地势落差,以强大的侵蚀力,雕刻出了那道地球上最美的印记。马岭河两岸众多的地表支流、岩溶泉水坠入深切的主谷,形成千姿百态的瀑布群,丰水期有大小瀑布100余条,长年性瀑布56条,瀑高50~200m不等,大者“疑是银河落九天”,小者纷纷扬扬似水帘,塑造出幽谷群瀑争奇斗艳的绝妙景色。
那么,马岭河峡谷两岸为何会形成壮观的瀑布群景观,两岸的水为什么没有在漏水的喀斯特地貌区域潜入地下呢?这得益于区域上三叠系白云岩地层中的泥质弱透水层,它阻挡了水的下渗,为瀑布的形成提供了水源条件。向斜汇水的盆状构造,从两侧汇集了地表水和地下水流,遇到深切的峡谷就形成了万马奔腾的瀑布景观。
如果说瀑布增添了马岭河峡谷的壮丽,那么纳灰河的水则赋予了万峰林的柔美。纳灰河如一条蓝绿色的“丝带”点缀在万峰林的谷地之中,恰如万峰林的“母亲河”,为万峰林区域带来了肥沃的土壤,让布依族群众在这里有了富足的生活。从插秧到收获,田野从绿色到金黄,风吹稻花香,看稻浪如水上波纹散开,看天边云卷云舒,在万峰林中感受慢生活的安逸。
纳灰河的水成就了万峰林的美景,是雨水和河流共同作用的结果。雨水沿着裂隙渗入地下,混合着大气中、土壤中、岩石中的二氧化碳气体,形成酸性溶液逐步溶解岩石,让岩石高低错落,凸凹不平。来自上游的地表河是从非喀斯特地貌区流进了喀斯特区域,它的水并不饱和,多股水流的汇集让纳灰河上游区域的山峰更加离立,奇香园区域的峰林就比万峰林离散得多,这是上游侵蚀性水的杰作。西侧的地下河支流,从多个方向分割着山峰,让岩石间的裂隙加宽,到最后的分离。散落在万峰林谷地的孤峰,正是水锲而不舍离立石峰的结果。
在纳灰河谷地的尽头,纳灰河从地表经落水洞潜入了地下,又在下游海子村流出,继而又进入地下,从万峰湖吉隆堡码头排到万峰湖。地表水与地下水明暗交错,为纳灰河地区的水力发电提供了动力。
从北到南的河流,沿着地势的高低延展的方向,或以马岭河为初级裂点,或以万峰湖为排泄基准面,让水流从北到南借着地势落差之力,结合水的溶蚀、侵蚀、搬运之力,将地表万千峰丛的组成物质,一点一点搬运带走,久而久之,在高低错落中勾勒了大自然的美丽画卷。
水如刻刀,在空间的维度上有着不同的力道,让山峰远看高低各不同;在时间维度上有着作用力的主次区域,让山峰的分离各不相同。水这位喀斯特地貌的雕刻师,在过去刻出了绵延千里的数万峰丛,在未来也会继续改造地表与地下的形态。在将来的某一天,新的峰丛与峰林、峡谷与瀑布、湖泊与湿地会成为新的喀斯特美景,为后续一代又一代提供一览自然奇观的可能。
地质科普:
1.碳酸盐岩是怎么形成的?
碳酸盐岩是自然界中重碳酸钙溶液发生过饱和,从水体中沉淀形成的。碳酸盐岩的矿物成分是方解石、白云石,其主要化学成分是碳酸钙(CaCO3)或碳酸钙镁(MaCa(CO3)2)。以方解石为主的沉积岩称为石灰岩,以白云石为主的沉积岩称为白云岩。
(1) 形成环境
碳酸盐沉积主要形成于低纬度带、无河流注入的清澈而温暖的浅海及滨岸地区。
海水清澈不混浊,有利于生物生存繁殖;无陆源物质注入也无淡水注入,保证海水水体易饱和及过饱和,形成碳酸盐沉淀。否则几乎无碳酸盐岩沉积。
透光的浅水,阳光和氧气充足,有利于生物生存繁殖;浅水温度较高而压力较小,碳酸盐因溶解度降低而过饱和,有利于碳酸盐的沉积。
温暖浅海最有利于多种碳酸盐的沉积,因为现代海洋碳酸盐沉积主要集中分布在南北纬 30°之间。
深水区温度较低、压力大,碳酸盐不饱和;而且深水区生物难以生存繁殖,也不利于碳酸盐岩的形成。
(2) 形成过程
浅海环境中,介壳生物(钙质骨骼生物)繁盛,如腕足类、腹足类、斧足类、珊瑚、头足类、海百合、海绵、层孔虫等,以其坚硬的钙质骨骼形成骨骼格架;其次,一些藻类,如蓝藻和红藻,其粘液可以粘结其它碳酸盐组分,如灰泥、颗粒、生物碎屑等,从而形成粘结格架。二者为碳酸盐岩的形成提供了主要的物质来源。随后,经过溶解作用、沉淀作用,矿物的转化作用和重结晶作用、胶结作用、交代作用、压实作用以及压溶作用等,形成碳酸盐岩。
2.什么是喀斯特?
喀斯特,是由地名“喀尔斯”(kras)演化而来。喀尔斯位于地中海的海岸地区,是一处海拔 150~450 米,面积约 550 平方公里的石灰岩高地,属于斯洛文尼亚和意大利。意大利人称之为“carso”,而德国人称之为“karst”。“kras”是石头的意思,喀尔斯高地发育各种典型岩溶地貌形态,如洼地、坡立谷、漏斗、溶沟、石牙、溶洞、竖井等。因早期研究这种石灰岩地形的文章多用德文,后来即传开以喀斯特(“karst”)来命名这类地貌现象。
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,不易为大多数人所理解,改为“岩溶”。 “岩溶”,顾名思议就是水对碳酸盐岩的溶蚀,并水的机械侵蚀作用、沉积作用、以及崩塌作用所形成的景观。
与其它地貌不同,喀斯特地貌分为地表和地下两个部分。地表正地形景观有峰丛、峰林、丛丘、残丘和石牙,地表负地形景观有天坑、漏斗、落水洞、竖井、盲谷、干谷、洼地、坡立谷、峡谷、溶沟、平原等。根据岩性的不同,将喀斯特景观分为全岩溶、半岩溶和非岩溶。全岩溶景观是在质纯的碳酸盐岩地区,主要由水的溶蚀作用形成的地貌,正负地形明显,地表缺乏线状水流,洞穴数量众多;半岩溶景观是在不纯碳酸盐岩区,如碳酸盐岩与碎屑岩互层、泥质灰岩等地区形成的地貌,正地形不是拔地而起的石峰,而多为浑圆的穹丘,负地形多为锅状洼地和略有起伏的平原;非岩溶地貌是在碎屑岩地区,由侵蚀作用形成的地貌,山体完整,分水岭脊线连续,山坡沟谷密集,线状水流侵蚀强烈,地表水系沿地形倾斜方向连续分布。
喀斯特洞穴是喀斯特的地下世界。溶洞可以是短小、单一的地下空间,也可以是大到容得下飞机、复杂的延伸数百公里的地下通道网。它们是地球上最奇特,且充满神秘感的地方。
喀斯特洞穴的成因:地壳运动的时候,在碳酸盐岩地层中形成断层和节理等裂隙,裂隙成为水流穿越的路径。碳酸盐岩遇到自然界弱酸性的水,其中的碳酸钙就会被溶解,随着地下水流流进江河,回到大海;久而久之,形成人可进入的天然地下空间。相反,当裂隙水流进入洞穴空间,由于温度和压力变化,溶解于水中的碳酸钙会沉积,形成钟乳石。
溶洞是一个环境相对稳定、相对独立的、恒温、潮湿、黑暗、安静的地下世界,没有太阳直接辐射和天空散射的变化,调节其气候变化主要是通过洞内空气和水流运动来实现。一般说来,洞口一带的气温受外部环境影响大,其日变化与年变化与当地地表气温相近;越往洞内,气温波动越小直至不受外界影响,基本稳定在当地多年平均气温左右。洞穴温度还因洞穴形态和洞口数目而异:由洞口向下倾斜的单洞口洞穴,冬季时冷空气下沉洞底,夏季洞外热而轻的暖空气难以进入洞内,故这种洞穴的温度要比周围低,称为冷洞,在高海拔地区,洞内的年平均温度低于 0℃,在冷风循环机制条件下会形成冰洞;由洞口向上倾斜的单洞口洞穴,暖空气保留在洞穴的上部,难以流动,温度比周围要高些,称为暖洞。
大部分洞穴都能觉察到空气的流动,有的在夏季从洞内吹凉风,有的在冬季向洞外喷热气,有的洞内空气周期性的吸进和吹出,形成呼吸洞。洞口越多,与外界空气交换越频繁,则其气候波动幅度越大。如果洞穴所在地年温差和日温差大,就会因洞内外温差较大而产生空气流动。如夏季或午间空气多往洞外流动;冬季或夜间空气则多往洞内流动。在洞内因通道横断面突然变小所产生的空气密度差也能导致速度较大的空气流动。
3.中国南方喀斯特
在中国南方,以贵州为中心,包括云南、广西、四川、重庆、湖南等地,连续分布的喀斯特面积约 55 万平方公里,是全球两个最大的喀斯特区域之一(另一个是欧洲的迪纳里克喀斯特区域),称为中国南方喀斯特。
中国南方喀斯特区域的碳酸盐岩地层厚度巨大,地质年代跨度长(寒武纪-三叠纪)。由于有利的地质、水文和气候条件,形成了极为多样的喀斯特地貌。
中国南方喀斯特系列遗产包含从高原到低地平原最具代表性喀斯特的地貌如塔状喀斯特(峰林)、剑状喀斯特(石林)、锥状喀斯特(峰丛)地貌,反映了一个热带亚热带地区完整的喀斯特演化过程,同时也展示了一些世界上最壮观、最多样的喀斯特景观,联合描绘了从二叠纪到现在间隔为两亿年的喀斯特景观演化史和地质演化史,具有重要的科学和美学价值。
(作者简介:翟秀敏,博士,副研究员,地质出版社科普教育分社副主任,中国地质学会洞穴专业委员会常务副秘书长。长期从事喀斯特地质遗迹调查与评价、喀斯特地貌形成与演化的研究,成功申报喀斯特类世界自然遗产3项、世界地质公园4项,发表科普专著4部,论文10余篇。)
文丨翟秀敏
编辑丨刘霜
二审丨张芬
三审丨赵林