我們沒有那麼幸運生活在廣西,亦不會有武俠小說男主那樣的奇遇。生活在「危機重重」的都市,能看見的那都是地陷。
作者 | 丁寶明 中國地質大學
路面塌方!地表塌陷!近年來各地時有「天坑」報導,這些突如其來的災難,被人冠以「鬼神作怪」、「地震前兆」、「連接地心的通道」、「隕石撞擊」之名號,在網上傳得玄乎。
謠言自然聽過就笑,但「天坑」是什麼?網友說的充其量叫「地陷」。
真正的「天坑」其實是一種喀斯特地貌。(喀斯特又稱「巖溶」,即水對巖石的溶蝕作用,由此形成的地貌就叫喀斯特地貌)
就在11月中旬,我國剛發現一處世界級天坑群!
由自然資源部中國地質調查局親自公布,就在廣西那坡縣(後稱「那坡天坑群」)。
那坡天坑俯拍圖
那坡天坑群由19個天坑組成,大部分容積在百萬立方米以上,主要分布在那坡縣的城廂鎮和龍合鄉。這是北回歸線(即太陽在北半球能夠直射的離赤道最遠位置,又稱「夏至線」)以南發現數量最多的天坑群。
天坑底部保存有完好的原始植被群落,如董棕、蛇根草、爬樹龍、香木蓮、棕櫚樹等,其中的國家二級保護植物董棕群落,林木均有30米以上。如此高大的天坑野生董棕林還是國內首次發現。
天坑群內還發育有豐富多彩的巖溶洞穴、巖溶峽谷、伏流和瀑布等奇妙景觀。
因為這些天坑所在位置交通不便,再加一些天坑發育在海拔1000多米的高原上,因此坑內人跡極少,幾乎保留了最原始面貌。
地下董棕林(左)和巖溶景觀(右)
廣西「天坑王國」不虛傳
在廣西發現天坑群毫不奇怪。事實上,那坡天坑群並不是廣西境內唯一的天坑群。廣西素有「天坑王國」的美譽,目前世界上發現的天坑大部分都在廣西。那坡天坑群的發現進一步確立了其作為「天坑王國」的地位。
國內的超大型天坑群有3個都在廣西:最大的樂業大石圍天坑群,有29個天坑;此次新發現的那坡天坑群,有19個天坑;第三的巴馬盤陽河天坑群,共15個天坑。
為什麼廣西天坑這麼多呢?這和它的地質有關。
天坑俗稱「巖溶漏鬥」,由巖溶作用形成。而廣西是世界上潮溼熱帶亞熱帶巖溶發育最完美的地區,巖溶類型多種多樣。著名的「桂林山水」就是最典型的巖溶峰林地貌景觀。
巖溶發育的地質基礎是碳酸鹽巖(為可溶性巖石),而廣西境內碳酸鹽巖分布廣、厚度大、質地純,組合類型還複雜多樣,加上其溼熱的氣候環境,為巖溶地貌的形成和演化提供了硬性支持。
同時廣西南近海洋、北連大陸,北回歸線橫貫中部,處在東亞季風區,年降水量1100~2700毫米,地下河和地表水資源極其豐富。這些因素湊在一起,為「天坑」的形成創造了無可比擬的優越條件。
廣西巖溶地貌
此外天坑的出現與地下河亦密不可分。有天坑的地方必然有地下河,哪怕現在已經消失,但曾經的它一定奔流不息。
這種必然聯繫是由天坑的形成過程決定的。
塌陷形成的「大肚壇」
那坡天坑群就處在定業(地名)地下河流經的區域,該地下河匯水面積約486平方公裡,總長26公裡,落差近292米。如此規模的地下河讓天坑的形成幾乎成了必然。
此前巖溶地質學家根據具體成因,將天坑分為衝蝕型和塌陷型兩種。其中塌陷型天坑群數量居多。此次新發現的那坡天坑群就屬於塌陷型。
我們來看看那坡天坑是如何一步步從無到有,再驚豔地出現在我們面前。
首先湍急的定業地下河日夜奔流,將它流經區域內容易侵蝕的碳酸巖慢慢吞蝕,逐漸形成一個個大型的洞穴系統;
在這些不斷形成的洞穴的裂隙交叉處,慢慢形成溶洞大廳;
一些大廳崩塌較快,地下河溶蝕搬運的速度也很快,於是洞頂崩塌形成天窗;
之後經過不斷地崩塌、溶蝕和搬運,洞頂徹底崩塌,便形成了現在的那坡天坑(群)。
塌陷型天坑形成示意圖
那坡天坑群與之前發現的塌陷型天坑群相比,在形成過程上基本一致。不過,與其他天坑群不同的是,其天坑大多是口小肚子大的「罈子」形狀。專家據此判斷:這些天坑都很「年輕」。
但這個「年輕」估計也得有上百年(我們期待後續巖溶地質學家給出它們的最終「年齡」)。
罕見的衝蝕型天坑
說完塌陷型天坑,我們也說說衝蝕型。衝蝕型天坑是非常罕見的天坑。不過,國際上有一句話——世界天坑看中國。那這種罕見的天坑我們當然也有了:
重慶的武隆後坪天坑群,便是目前世界上發現的唯一一個衝蝕型天坑群,由地表水衝蝕而成。
衝蝕型天坑形成的地區,其地層結構就像夾心餅乾:上層是不連續的穩定巖層,中間是沉積的石灰巖(可溶性巖石),下層又是巖性穩定的巖層。
它的形成我們可以如此想像(此處應該有圖,但我沒找到:0):
在頂上巖石不連續的地方,部分易被水侵蝕的石灰巖露了出來,地表水於是順勢滲到地下,並在某個地方找到了出水口;
時間一久,頂部石灰巖露出的地方形成了一個落水洞,同時在落水洞和出水口之間形成一條地下河;
落水洞隨著匯聚水量的增加變得越來越大,甚至形成一個巖屋;
有一天巖屋崩塌,一個衝蝕型天坑便形成了。
重慶武隆的衝蝕型天坑
「天坑」一詞上位路
「天坑」固然是歷史悠久,但「天坑」這個詞從地方話升級成專業術語,還是十幾年前的事。
在地質領域,2001年前的「天坑」僅是對我國重慶奉節小寨天坑這種景觀的特稱,當時類似的地貌在各地有著不同的名稱,如龍崗、巖灣、石圍等。
2001年,我國著名巖溶地質學家朱學穩教授首次提出「tiankeng」(由中文「天坑」音譯而成)一詞,將其作為一個專門的喀斯特(巖溶)術語使用。
在2005年國際天坑研討會上,國際喀斯特天坑考察組在我國重慶、廣西一帶進行大量考察,「天坑(tiankeng)」這個術語由此獲得國際喀斯特學術界的一致認可,並開始在國際上通用。
這是繼峰林(fenglin)、峰叢(fengcong)後第三個由我國科學家定義,並使用漢語和拼音命名的喀斯特地貌術語。
少「天坑」,多「地陷」
在學術界,「天坑」的定義很明確:指發育在碳酸鹽巖地區厚度特別大、地下水位特別深的可溶性巖層中,具有巨大容積、陡峭而圈閉的巖壁、深陷的井狀或者桶狀輪廓等空間特徵,底部與地下河相連接(或者有證據證明曾經與地下河相連接),平均深度與口徑均大於100米的特大型喀斯特負地形。
特殊的地形使其坐擁動輒數十萬平方米的地下原始森林。由於四周都是刀削似的崖壁,形同豎井,幾乎無人可涉足,所以保留了大量珍貴的動植物品種,可能還包括一些被認為已絕跡的動物。——甚至一些可能從來不為人知。
聽起來是不是很夢幻,如同仙境?
天坑的四壁猶如刀削,與世隔絕
但我們大部分人沒有那麼幸運生活在廣西,亦不會有武俠小說中男主那樣的奇遇。相反我們生活在「危機重重」的都市,更多看到的是「地陷」。
最近(12月1日)發生在廣州地鐵施工區的地面塌陷事件,就是地陷,已經造成3人失聯。——真的是危險無處不在。
不過,就算塌陷得再厲害,對於地質學家來說,也能一眼看出地陷與天坑的區別,其秘訣就兩點:
天坑的寬度和深度均大於100米,比值接近1;並且天坑絕大部分周壁為直立陡峭的崖壁,很少不規則。
而「地陷」是一種地質災害現象。因為長期乾旱、強降雨等氣候因素,或者工程建設、地下水抽樣、礦產開發等人為活動,引發了地面的局部塌陷,形成坑洞,就叫「地陷」。
地陷的寬度和深度沒有定值,形狀也不規則。我們日常生活中遇到的塌陷,絕大部分都是「地陷」。
天坑的一生:很悠久,也很短暫
作為一種奇特的巖溶現象,在漫長的地質歷史中經過內外動力的作用,才形成「天坑」這樣獨具魅力的景觀。它是大自然留給我們的寶貴遺產。
不僅具有自然遺產價值,還頗具美學觀賞和旅遊價值,當然,還有重要的科研價值。
並且其科研價值不限於地質,還延伸到生物學和生態學等相關領域。例如,天坑內部相對封閉的環境,形成了有別於周圍區域的小氣候,以及適合生物生存的獨特生境。這為物種多樣性、基因多樣性和生態系統多樣性的研究提供了特例。
但「天坑」的生命,卻是出人意料地十分短暫。
一個「天坑」的形成,需要經歷漫長的時間,少則200萬年,等待它的卻是最終退化消失的命運:
當「天坑」四周崖壁崩塌的堆速超過地下河的搬運速度時,天坑就開始退化(底部被填);從失去一面陡壁,到僅存一面陡壁,再到樹木掩映了崩塌物的堆積……最終天坑將不復存在。
可以說,在地質歷史的進程中,天坑是如同流星一般短暫而閃亮的存在。我們能和天坑在同一個地質時期相遇,親眼目睹此壯麗景觀,實應感謝時間垂愛。