溶洞景觀設(shè)計(jì)溶洞是如何形成的？

中國是一個(gè)洞穴眾多的國家，尤其是廣西的洞穴，如桂林的七星巖和蘆迪巖。當(dāng)然，北京西南郊區(qū)周口店附近的方上山云水洞有612米深，有7個(gè)“廳”由一條狹窄的“走廊”連接起來。洞的盡頭是一個(gè)巨大的石筍，有十八羅漢的美譽(yù)，石筍的背面是一個(gè)深不可測(cè)的天坑。周口店的龍骨洞雖然規(guī)模不大，但卻是我們祖先的棲息地，自然有著特殊的意義。不僅陸地上有洞穴，海上也有，大的海底洞穴是巴哈馬的大藍(lán)洞。如果你見過洞穴的奇觀，驚嘆于洞穴中無數(shù)的石筍和鐘乳石，你可能會(huì)想知道洞穴是如何形成的。

洞穴的形成是石灰?guī)r地區(qū)地下水長期溶解的結(jié)果。石灰?guī)r層是先決條件，石灰?guī)r的主要成分是碳酸鈣(CaCO3)。石灰?guī)r等碳酸鹽巖幾乎不溶于普通水，這就是為什么我們可以看到它們構(gòu)成了石頭。然而，當(dāng)溶解有一定濃度二氧化碳的水沖擊石灰石時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反響，如碳酸鈣生成碳酸氫鈣。碳酸氫鈣溶于水，在地下深處有一定壓力時(shí)更易溶解。石灰石中的鈣被水溶解，形成空洞。洞穴的組成不僅有溶解作用，還有沉積作用。當(dāng)溶解在水中的碳酸氫鈣受熱或外界二氧化碳濃度變小時(shí)，碳酸氫鈣會(huì)產(chǎn)生分化反應(yīng)，如Ca(HCO)=CaCO  COHO，從零開始生成碳酸鈣并積累，共同釋放二氧化碳。當(dāng)洞穴頂部的水逐漸向下滲透時(shí)，水中的碳酸氫鈣產(chǎn)生上述的反響，于是部分碳酸鈣堆積在洞穴頂部，部分堆積在洞穴底部。洞頂構(gòu)成鐘乳石，洞底構(gòu)成石筍。鐘乳石與石筍相連，就構(gòu)成了石柱。

只要計(jì)算出碳酸鈣的平衡常數(shù)，就可以估算出碳酸鈣的搬運(yùn)度。上述反應(yīng)可分為三個(gè)連續(xù)的反應(yīng)。第一步是CaCO   Ca2 CO2-，它的平衡常數(shù)是碳酸鈣的離子產(chǎn)物常數(shù)(Ksp(CaCO)。第二步是HCOh  HCOˇ，平衡常數(shù)是碳酸的一級(jí)電離Ka1(HCO。第三步，HCO  2 uuuuuuuuuuuuuuuuuuuuu因此，總平衡常數(shù)k=ksp  (CaCO)， ka1(HCO)ka2(HCO)，k   4， 10-5可以用數(shù)據(jù)代替核算得到。按101千帕計(jì)算，25水中空氣中0.3%的二氧化碳濃度約為10-4摩爾/升.用鈣離子和碳酸氫根離子的濃度為1:2，可以得出碳酸氫鈣的濃度約為103摩爾/升

所以從上面的核算來看，石灰石的溶解還是很弱的，肉眼很難檢測(cè)出來。然而，經(jīng)過漫長的地質(zhì)歲月，我們可以適應(yīng)域構(gòu)成石灰?guī)r地區(qū)各種規(guī)模極大的喀斯特地形。如溶溝、溶槽、溶漏斗、溶湖、地下河、洞穴等。此外，還應(yīng)考慮二氧化碳?jí)毫?duì)碳酸氫鈣溶解度的影響。壓力越高，溶解度越大，所以碳酸鈣的堆積速度實(shí)際上取決于不同區(qū)域二氧化碳的濃度差。有人測(cè)量過桂林龍隱巖的鐘乳石，發(fā)現(xiàn)鐘乳石每年只有2厘米長。

當(dāng)然，實(shí)際情況要復(fù)雜得多。比如滴水的縫隙被分開的鐘乳石堵塞，或者地殼運(yùn)動(dòng)，地形、水流、滲水通道都發(fā)生了變化，導(dǎo)致滴水的方向、速度、水量都發(fā)生了變化。結(jié)果，一些只生長到一半的鐘乳石和石筍停止生長，所以新的鐘乳石和石筍在旁邊生長.當(dāng)然，這些變化之后形成的鐘乳石、石筍、石柱是交織在一起的。

喀斯特洞穴景觀設(shè)計(jì)是因?yàn)樵S多含有碳酸鈣的石頭被用于建筑，如大理石地板、墻壁等。這些石頭在潮濕的天氣(無論酸霧和酸雨地區(qū))會(huì)溶解嗎？經(jīng)過以上核算，可以得出結(jié)論，空氣中二氧化碳飽和的水不會(huì)明顯溶解大理石地面。相反，這個(gè)反應(yīng)的逆過程，也就是碳酸氫鈣的分化，在正常情況下很容易產(chǎn)生。