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一百年才长几毫米!钟乳石是怎么“长高”的??
2019-08-31 13:25:18  出处:蝌蚪五线谱  作者:钟杨 编辑:上方文Q   点击可以复制本篇文章的标题和链接

以水为媒,穿过丝丝岩缝,携带着碳酸盐岩的主力军——钙离子,二氧化碳终于从碳酸氢根离子恢复了真身,逸散到空气中。滴答,滴答,碳酸钙被慢慢沉积下来.......

可是......

一百年才长几毫米?!钟乳石是怎么“长高”的?
(图片来源:网易新闻)

近日,钟乳石家族的宁静被再次打破了。继今年四月份在山东临沂沂水地下画廊景区的“比翼鸟”钟乳石被破坏后,湖北宜昌市远安县太清洞景区又遭到游客攻击,一百年才生长13毫米的钟乳石被硬生生掰断了。

如果再这样下去,以钟乳石的生长速度,那可真是伤不起啊!

钟乳石的生长速度到底有多“慢”?

钟乳石可以说是时光里的老顽童了,它生长太——太——太缓慢,它的“生长速度”(用专有名词叫做“沉积速率”)有多慢?

举个栗子,近日成为“网红”的湖北省宜昌市太清洞的钟乳石沉积速率大约是0.13毫米/年,也就是说平均每一百年才增长1厘米左右。你是不是仿佛看见了时间静止的模样?

但是,这个数据并不能一概而论。一方面,钟乳石的沉积速率受气候冷暖、降水量、碳酸盐成分、断裂裂隙发育、水文地质条件等多方面影响,环境不同,沉积速率也不同。

另一方面,不同类型的钟乳石沉积速率也不一样。比如,在相同条件下石笋的沉积速率是钟乳石类中最快的,大约一万年增高0.6-1.2米左右,相比其它钟乳石,石笋接受的沉积物更多,也更容易沉积。

一百年才长几毫米?!钟乳石是怎么“长高”的?
贵州织金溶洞(图片来源:so.redocn.com)

一般来说,钟乳石的沉积速率最小值只有零点几毫米每一百年,较大的值可以达到10毫米/百年,这与全球气候变化密不可分。

就拿全新世间冰期来说,由于气候温暖,钟乳石的沉积速率非常快,以大约10毫米/百年的沉积速率为主,而在晚更新世冰期,钟乳石沉积速率非常小,甚至出现一万年都难以生长1毫米的现象。

这时,“时间是把杀猪刀”这句在人类面前屡试不爽的话,在钟乳石面前基本没有存在感。

总之,钟乳石的生长速度非常缓慢,一旦被破坏,后果很严重!!!这也是钟乳石为何如此珍贵的原因之一。

钟乳石的生长速度怎么测量?

既然钟乳石的生长速度肉眼几不可见,那笔者和专家,你们凭啥说它们生长速度是每百年几毫米呢?你们靠猜的?当然不是!

测算方法还是有的,主要有以下三种:

方法一:利用微量元素密度测试 ,如TIMS-U系测年法。

方法二:利用放射性同位素“C”测定法,用C14测定钟乳石横向增厚速度以及沉积速率,可以算出钟乳石较为准确的年龄;

方法三:利用历史计算法测定,根具历史古人所做的标记,推算钟乳石平均每年的增长速度。

钟乳石是怎么“长高”的?

钟乳石是特殊的地下岩溶地貌景观,它其实没有生命特征,所以并不能真正地“生长”。不过,钟乳石是凭借什么长高的呢?

在古代,徐霞客就曾描述过钟乳石的成因:“崖间有悬于虬枝为水所淋漓者,其外皆结构为石, 盖石膏日久凝胎而成。”

所以,钟乳石的形成离不开两位大功臣——水和二氧化碳,它们如同钟乳石喂养者,把“Ca”(钙)这种元素以一种形态转化另一种形态喂养钟乳石,使它慢慢长大。

一百年才长几毫米?!钟乳石是怎么“长高”的?
滴水沉积(图片来源:www.quanjing.com

为了喂养钟乳石,地表水在通过土壤等物质的时候与二氧化碳达成联盟,形成弱酸性溶液。

之后,它们在流经岩层裂隙过程中攻克坚硬的碳酸岩的阻挡,把岩石中的钙离子偷偷携带出来,形成碳酸氢钙溶液(反应方程式:H2O+CO2+CaCO3=Ca(HCO3)2),当它们克服重重关卡终于快逃出狭小的裂隙时,由于受外界压力突然变小或温度的变化,部分二氧化碳不适应环境的改变,被迫与原溶液分离,部分水也被蒸发为水蒸气,联盟就此解散。

地表水与二氧化碳完成使命后,它们携带出的钙离子沉淀下来形成碳酸钙沉淀,被钟乳石食用(Ca(HCO3)2=H2O+CO2↑+CaCO3↓),钟乳石得到营养的补充,日积月累,便慢慢长高了。

钟乳石为何千姿百态?

我们常见的钟乳石有石笋、石钟乳、石柱、石瀑布等,但要想真正地了解钟乳石的形态成因,还得从各种水文机制说起,如:滴水、流水、池水、溅水、毛细水等,它们既可以单独行动,又可以相互作用。

一百年才长几毫米?!钟乳石是怎么“长高”的?
壁流石:石瀑布(图片来源:侠客地理)

我们以重力水沉积中的滴水为例,当溶液从溶洞顶部渗出,如果滴水的速度很慢,二氧化碳在洞顶附着阶段就逸出了,这时有利于碳酸钙在洞顶沉积,形成由上向下生长的石钟乳。

如果水滴滴落速度过快,则有利于碳酸钙在洞底沉积,形成从下往上生长的石笋,石钟乳和石笋宛如一对同孪兄弟,在溶洞中共同生长发育,当兄弟俩儿生长到一定程度便齐心连在一起,形成坚固的石柱。

一百年才长几毫米?!钟乳石是怎么“长高”的?
石柱形成(图片来源:觅知网,文字由作者标注)

又比如溅水沉积,滴水从高处落下溅起的水滴或水雾,携带着碳酸钙沉积在之前的沉积物表面上,在岩壁上形成像珍珠一样的石葡萄,你可以想像一下“大珠小珠落玉盘”的感觉,不过请把这个画面放慢千万倍。

一百年才长几毫米?!钟乳石是怎么“长高”的?
溅水沉积:石葡萄(来源:侠客地理)

钟乳石形态各异,有的在非重力水沉积下形成卷曲石、石花。还有的在协同性沉积下形成莲花盆、穴珠等。它们千姿百态,至今人们都还没完全搞清某些形态形成的原因。

一百年才长几毫米?!钟乳石是怎么“长高”的?
卷曲石(图片来源:xw.qq.com)

一百年才长几毫米?!钟乳石是怎么“长高”的?
莲花盆(图片来源:mafengwo.cn)

钟乳石为什么这么珍贵?

钟乳石生长速度缓慢,拥有奇特的形态,一旦遭到损坏基本不能修复。

除此以外,人家还是重要的科学研究对象,钟乳石的横截面环带犹如树木的年轮,生长在中心部分的年代相对较老,边缘较新,环带记录了过去的气候历程,我们可以根据环带的宽度变化来推测气候周期变化。

所以,钟乳石是研究第四纪全球低纬度地区气候变化的重要途径,对恢复古地理环境、指导找矿都具有重要意义。

一百年才长几毫米?!钟乳石是怎么“长高”的?
钟乳石环带(图片来源:博物)

另外,钟乳石还具有一系列的药用价值,据《本草纲目》记载“石钟乳,其气熛急,令阳气暴冲,饮食倍增,而体型壮盛。”

钟乳石在古代又称药石、石髓等,用于治疗阳虚冷喘、腰膝冷痛、胃病泛酸、乳汁不通等病症。在现代,钟乳石的药用价值依然在挖掘之中。

一百年才长几毫米?!钟乳石是怎么“长高”的?
药材:钟乳石(www.hjh118.com

钟乳石经流水与光阴的雕琢,以千姿百态的样貌展现在我们眼前,我们给它配上五彩斑斓的灯光,让它不再惧怕黑暗;我们走近它,感叹它奇特的美。

在喧嚣中,静静地欣赏是对钟乳石最好的保护。目前,有关钟乳石的保护已纳入相关法律,任何故意破坏都会受到相应的处罚。

Tips:

全新世间冰期:是指自晚更新世冰期结束后,气温转暖,冰川消融,冰雪覆盖面积大大缩小的一段时期,开始于12000-10000年前一直持续至今,整个时段又被称为冰后期。

晚更新世冰期:第四纪更新世最后阶段,冰川作用占主导地位,气候寒冷,冰雪覆盖了北半球大部分陆地,猛犸象、剑齿虎和智人等动物共同生活在一起。

TIMS-U系测年法:在钟乳石形成过程中,会有极低的放射性物质U(铀)与碳酸钙一同被沉淀,因其放射性特性,铀会衰变成另一种元素Th(钍),利用高精度热电离质谱仪对放射性元素进行分析,以此确定钟乳石年龄,推算出沉积速率。

参考文献:

[1]林玉石,张美良,覃嘉铭,朱晓燕,程海.再论洞穴石笋的沉积速率[J].地质论评,2005(04):435-442.

[2]程星.滴石形态组合及滴率条件——以贵州洞穴为例[J].中国岩溶,1990(02):17-27.

[3]朱学稳.洞穴钟乳石类的分类方案[J].中国岩溶,2005(03):169-174.

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