以水為媒,穿過絲絲巖縫,攜帶著碳酸鹽巖的主力軍—;—;鈣離子,二氧化碳終于從碳酸氫根離子恢復(fù)了真身,逸散到空氣中。滴答,滴答,碳酸鈣被慢慢沉積下來.......
可是......
(圖片來源:網(wǎng)易新聞)
近日,鐘乳石家族的寧靜被再次打破了。繼今年四月份在山東臨沂沂水地下畫廊景區(qū)的“比翼鳥”鐘乳石被破壞后,湖北宜昌市遠安縣太清洞景區(qū)又遭到游客攻擊,一百年才生長13毫米的鐘乳石被硬生生掰斷了。
如果再這樣下去,以鐘乳石的生長速度,那可真是傷不起?。?/p>
鐘乳石的生長速度到底有多“慢”?
鐘乳石可以說是時光里的老頑童了,它生長太—;—;太—;—;太緩慢,它的“生長速度”(用專有名詞叫做“沉積速率”)有多慢?
舉個栗子,近日成為“網(wǎng)紅”的湖北省宜昌市太清洞的鐘乳石沉積速率大約是0.13毫米/年,也就是說平均每一百年才增長1厘米左右。你是不是仿佛看見了時間靜止的模樣?
但是,這個數(shù)據(jù)并不能一概而論。一方面,鐘乳石的沉積速率受氣候冷暖、降水量、碳酸鹽成分、斷裂裂隙發(fā)育、水文地質(zhì)條件等多方面影響,環(huán)境不同,沉積速率也不同。
另一方面,不同類型的鐘乳石沉積速率也不一樣。比如,在相同條件下石筍的沉積速率是鐘乳石類中最快的,大約一萬年增高0.6-1.2米左右,相比其它鐘乳石,石筍接受的沉積物更多,也更容易沉積。
貴州織金溶洞(圖片來源:so.redocn.com)
一般來說,鐘乳石的沉積速率最小值只有零點幾毫米每一百年,較大的值可以達到10毫米/百年,這與全球氣候變化密不可分。
就拿全新世間冰期來說,由于氣候溫暖,鐘乳石的沉積速率非???,以大約10毫米/百年的沉積速率為主,而在晚更新世冰期,鐘乳石沉積速率非常小,甚至出現(xiàn)一萬年都難以生長1毫米的現(xiàn)象。
這時,“時間是把殺豬刀”這句在人類面前屢試不爽的話,在鐘乳石面前基本沒有存在感。
總之,鐘乳石的生長速度非常緩慢,一旦被破壞,后果很嚴(yán)重!??!這也是鐘乳石為何如此珍貴的原因之一。
鐘乳石的生長速度怎么測量?
既然鐘乳石的生長速度肉眼幾不可見,那筆者和專家,你們憑啥說它們生長速度是每百年幾毫米呢?你們靠猜的?當(dāng)然不是!
測算方法還是有的,主要有以下三種:
方法一:利用微量元素密度測試 ,如TIMS-U系測年法。
方法二:利用放射性同位素“C”測定法,用C14測定鐘乳石橫向增厚速度以及沉積速率,可以算出鐘乳石較為準(zhǔn)確的年齡;
方法三:利用歷史計算法測定,根具歷史古人所做的標(biāo)記,推算鐘乳石平均每年的增長速度。
鐘乳石是怎么“長高”的?
鐘乳石是特殊的地下巖溶地貌景觀,它其實沒有生命特征,所以并不能真正地“生長”。不過,鐘乳石是憑借什么長高的呢?
在古代,徐霞客就曾描述過鐘乳石的成因:“崖間有懸于虬枝為水所淋漓者,其外皆結(jié)構(gòu)為石, 蓋石膏日久凝胎而成?!?/p>
所以,鐘乳石的形成離不開兩位大功臣—;—;水和二氧化碳,它們?nèi)缤娙槭桂B(yǎng)者,把“Ca”(鈣)這種元素以一種形態(tài)轉(zhuǎn)化另一種形態(tài)喂養(yǎng)鐘乳石,使它慢慢長大。
滴水沉積(圖片來源:www.quanjing.com)
為了喂養(yǎng)鐘乳石,地表水在通過土壤等物質(zhì)的時候與二氧化碳達成聯(lián)盟,形成弱酸性溶液。
之后,它們在流經(jīng)巖層裂隙過程中攻克堅硬的碳酸巖的阻擋,把巖石中的鈣離子偷偷攜帶出來,形成碳酸氫鈣溶液(反應(yīng)方程式:H2O+CO2+CaCO3=Ca(HCO3)2),當(dāng)它們克服重重關(guān)卡終于快逃出狹小的裂隙時,由于受外界壓力突然變小或溫度的變化,部分二氧化碳不適應(yīng)環(huán)境的改變,被迫與原溶液分離,部分水也被蒸發(fā)為水蒸氣,聯(lián)盟就此解散。
地表水與二氧化碳完成使命后,它們攜帶出的鈣離子沉淀下來形成碳酸鈣沉淀,被鐘乳石食用(Ca(HCO3)2=H2O+CO2↑+CaCO3↓),鐘乳石得到營養(yǎng)的補充,日積月累,便慢慢長高了。
鐘乳石為何千姿百態(tài)?
我們常見的鐘乳石有石筍、石鐘乳、石柱、石瀑布等,但要想真正地了解鐘乳石的形態(tài)成因,還得從各種水文機制說起,如:滴水、流水、池水、濺水、毛細水等,它們既可以單獨行動,又可以相互作用。
壁流石:石瀑布(圖片來源:俠客地理)
我們以重力水沉積中的滴水為例,當(dāng)溶液從溶洞頂部滲出,如果滴水的速度很慢,二氧化碳在洞頂附著階段就逸出了,這時有利于碳酸鈣在洞頂沉積,形成由上向下生長的石鐘乳。
如果水滴滴落速度過快,則有利于碳酸鈣在洞底沉積,形成從下往上生長的石筍,石鐘乳和石筍宛如一對同孿兄弟,在溶洞中共同生長發(fā)育,當(dāng)兄弟倆兒生長到一定程度便齊心連在一起,形成堅固的石柱。
石柱形成(圖片來源:覓知網(wǎng),文字由作者標(biāo)注)
又比如濺水沉積,滴水從高處落下濺起的水滴或水霧,攜帶著碳酸鈣沉積在之前的沉積物表面上,在巖壁上形成像珍珠一樣的石葡萄,你可以想像一下“大珠小珠落玉盤”的感覺,不過請把這個畫面放慢千萬倍。
濺水沉積:石葡萄(來源:俠客地理)
鐘乳石形態(tài)各異,有的在非重力水沉積下形成卷曲石、石花。還有的在協(xié)同性沉積下形成蓮花盆、穴珠等。它們千姿百態(tài),至今人們都還沒完全搞清某些形態(tài)形成的原因。
卷曲石(圖片來源:xw.qq.com)
蓮花盆(圖片來源:mafengwo.cn)
鐘乳石為什么這么珍貴?
鐘乳石生長速度緩慢,擁有奇特的形態(tài),一旦遭到損壞基本不能修復(fù)。
除此以外,人家還是重要的科學(xué)研究對象,鐘乳石的橫截面環(huán)帶猶如樹木的年輪,生長在中心部分的年代相對較老,邊緣較新,環(huán)帶記錄了過去的氣候歷程,我們可以根據(jù)環(huán)帶的寬度變化來推測氣候周期變化。
所以,鐘乳石是研究第四紀(jì)全球低緯度地區(qū)氣候變化的重要途徑,對恢復(fù)古地理環(huán)境、指導(dǎo)找礦都具有重要意義。
鐘乳石環(huán)帶(圖片來源:博物)
另外,鐘乳石還具有一系列的藥用價值,據(jù)《本草綱目》記載“石鐘乳,其氣熛急,令陽氣暴沖,飲食倍增,而體型壯盛?!?/p>
鐘乳石在古代又稱藥石、石髓等,用于治療陽虛冷喘、腰膝冷痛、胃病泛酸、乳汁不通等病癥。在現(xiàn)代,鐘乳石的藥用價值依然在挖掘之中。
藥材:鐘乳石(www.hjh118.com)
鐘乳石經(jīng)流水與光陰的雕琢,以千姿百態(tài)的樣貌展現(xiàn)在我們眼前,我們給它配上五彩斑斕的燈光,讓它不再懼怕黑暗;我們走近它,感嘆它奇特的美。
在喧囂中,靜靜地欣賞是對鐘乳石最好的保護。目前,有關(guān)鐘乳石的保護已納入相關(guān)法律,任何故意破壞都會受到相應(yīng)的處罰。
Tips:
全新世間冰期:是指自晚更新世冰期結(jié)束后,氣溫轉(zhuǎn)暖,冰川消融,冰雪覆蓋面積大大縮小的一段時期,開始于12000-10000年前一直持續(xù)至今,整個時段又被稱為冰后期。
晚更新世冰期:第四紀(jì)更新世最后階段,冰川作用占主導(dǎo)地位,氣候寒冷,冰雪覆蓋了北半球大部分陸地,猛犸象、劍齒虎和智人等動物共同生活在一起。
TIMS-U系測年法:在鐘乳石形成過程中,會有極低的放射性物質(zhì)U(鈾)與碳酸鈣一同被沉淀,因其放射性特性,鈾會衰變成另一種元素Th(釷),利用高精度熱電離質(zhì)譜儀對放射性元素進行分析,以此確定鐘乳石年齡,推算出沉積速率。
參考文獻:
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