龙硿洞形成于三亿年前的古生代,属喀斯特地貌,原是一片汪洋大海,经三次地壳运动和间歇演变而成。
岩溶和岩溶作用
岩溶又名喀斯特(karst),它来源于东欧塞尔文尼亚共和国(原南斯拉夫西北部)的喀斯特高原。喀斯特高原是一个石灰岩地区,岩石裸露,形态千奇百怪。十九世纪末,喀斯特的第一个理论概念是在这一地区建立的,从此这一地名变成了地学中的专用科学术语,并被世界各国普遍使用。在我国,岩溶等同于喀斯特。顾名思义,岩溶就是对岩石的溶解。凡是地表水和地下水对可溶性岩石的破坏和改造作用都叫做岩溶作用。这种作用所产生的地上和地下的各种形态叫做岩溶地貌。岩溶的形成以岩石的化学溶解为主要特征(也有部分侵蚀作用),因此, 岩溶的分布只限于可溶性岩石分布的地区。
可溶岩和岩溶洞穴
可溶岩,首先它必须是可以溶解的;其次,岩石必须具有透水性。当岩石具有透水性时,地表水才能渗入地下并转化为地下水,这样地下水才能起主导作用并形成溶洞。就水而言,首先它必须具有溶蚀力,纯水的溶蚀力很微弱,但当水中含有CO2或其它酸类时,其溶蚀力就会增大,可溶岩才能产生溶蚀作用;其次水必须是流动的,因为停滞的水很快就会变成饱和溶液而失去溶蚀力,岩溶作用就会停止。因此,可溶岩的透水性和水的溶蚀性、流动性就成为溶洞发育的基本条件。此外,气候、地形、生物和土壤等作为岩溶作用的外因,也起着不同程度的影响。
按岩石的化学成分和矿物成分的不同,可溶岩基本可分三类:碳酸盐类岩石(石灰岩、白云岩等)、硫酸盐类岩石(石膏、芒硝等)和卤盐类岩石(石盐、钾盐等)。就溶解度而言,卤盐>硫酸盐>碳酸盐;例如,在20℃纯水中,各种可溶岩的溶解度分别为,NaCl 360g/l;CaSO4 2.0g/l;CaCO3 0.058g/l。但是,卤盐类岩石和硫酸盐类岩石分布面积很小,厚度也不大,而碳酸盐类岩石分布就非常的广,约占我国疆土的八分之一,厚度也很大。所以,发育在碳酸盐类岩石中的溶洞就普遍得多,典型得多,而我们所谈到的岩溶洞穴主要是针对这一类岩石而讲的。
碳酸盐岩主要有石灰岩和白云岩,其主要矿物成分为方解石(CaCO3)和白云石(CaMg(CO3)2)。 碳酸盐岩具有两个重要特性:一是性脆,在受力的作用下,很容易破碎或产生裂隙,成为水流活动的良好通道;二是具有较好的可溶性。当然不会有食盐那样大的易溶性。纯水对碳酸盐岩的溶解作用非常微弱。一般情况下,方解石在纯水中的溶解仅为10-18毫克/升。但是,随着水的物理化学特性的变化,如温度、压力、特别是受水中二氧化碳或其它酸类物质含量的影响,水对碳酸盐岩的溶解往往发生几到几十倍的变化。在自然界中,二氧化碳是大量存在的。植物的光合作用,动物和人类的呼吸,有机物质和煤的燃烧等,都释放出二氧化碳。土壤中植物根系呼吸和分解,也释放出大量二氧化碳。
水对碳酸盐岩(包括石灰岩和白云岩)的溶解作用,主要是借助于溶解其 中的CO2而形成的侵蚀性进行的。相反,水中CO2的逸出,又会使溶解于水中的CaCO3沉淀下来。由此可见,由于天然水的溶解作用形成洞穴和天然水的沉淀作用形成灰华及婀娜多姿的钟乳石,主要是水中CO2的溶解-释放系统平衡作用的结果。
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