Dienstag, 6. Januar 2009
Solution Caves
溶洞~~酸性的水把坚固的石头溶成洞穴。多数溶洞形成于碳酸盐岩石(石灰岩、白云石或大理石)或石膏中。也有的形成于砂岩中,因为碳酸盐往往充当砂岩中将沙粒粘合在一起的胶结物质。
一般来说,在水面以下慢慢溶解成洞穴。而当水面下降、洞穴中的水流走而暴露在空气中之后,沉积才开始。这里将介绍惊人丰富的洞穴沉积物之中的一些。请尽情观赏,可不要触摸,它们是上千万年才形成的脆弱的小东东~
探洞者的箴言是:除了照片不要带走任何东西,轻柔地来去,不要留下任何痕迹。
Aragonite 文石
Baldacchino Canopies 圣体伞
Balloons 洞穴气球
Bathtubs 石浴盆
Bell Canopies 钟形华盖
Blisters 洞穴气泡
Bottlebrushes 瓶刷
Boxwork 蜂窝状构造
Columns 石柱
Conulites 洞锥石
Coralloids 石珊瑚
Deflected Stalactites 偏离钟乳石
Draperies 石帘
Fibrous forms 纤维状沉积物
Flowstone 流石
Folia 薄层
Gypsum Flowers 石膏花
Halite Flowers 盐花
Helictites 卷曲石
Ice formations 冰物质
Moonmilk 月奶石
Mud Stalagmites 泥石笋
Pearls 洞穴珍珠
Pool Fingers 洞穴手指
Pool Spar 水下晶花
Popcorn 石爆米花
Mammillaries 洞穴云朵
Rafts 穴筏
Raft Cones 浮筏锥
Rims 边沿
Rimstone 边石
Rootsicles 石化根
Shelfstone 石棚
Shields 穴盾
Showerheads 洞穴喷头
Soda Straws 鹅管
Splattermites 飞溅水沉积
Spar 晶石
Speleogens 次生洞穴结构
Stalactites 石钟乳
Stalagmites 石笋
Stegamites 黑石笋
Trays 石盘

本页以及附属页面均由Damper译自goodearthgraphics.com的虚拟洞穴之旅(Virtual Cave)的溶洞部分。原网站由Djuna Bewley和Dave Bunnell于1995年6月19日创建,1996年起由Dave Bunnell维护和建设。图片若非另外说明,版权都属Dave Bunnell。
译文2008年1月初步定稿。

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Tray 石盘
Tray(石盘)是一种稀有的洞穴沉积物,由"爆米花"簇形成,而"爆米花"簇往往形成平底的表面。在它们下面往往有圣诞树形状的沉积物(成分为文石),例如下图,摄于Lechuguilla洞。Tray的成分通常是方解石,也可能是石膏。

Tray的形成相当的复杂。他们往往长在洞顶流石上,首先是在水所沿着蒸发的边缘生长文石石花。水因为毛细作用在石花中间上升,使得石花向上或斜向生长,形成平底的表面。渐渐的,由于文石和方解石的不同溶解性,石花末端被溶解而再沉积形成爆米花状。

http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/trays/trays.html

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Stegamites 黑石笋
目前,这些特殊的沉积物仅在澳大利亚西部纳勒博平原上的6个洞穴中存在。

简单的说,stegamites表现为黑色的方解石,像是洞穴地面上凸起的山脊。看上去它们是形成于被压迫进入裂隙和节理的水。有的这样的沉积物类似垂直生长的石盾。但是跟石盾又不相同,因为它不是由同心的方解石圆盘形成。

http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/Stegamite/stegamite.html

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Stalagmites 石笋
石笋,最常见的洞穴沉积物之一。人们知道,它们是向上生长的,由滴水沉积形成的大块的方解石堆。方解石石笋是本页的焦点,但是其种类繁多,在这里只是点到为止。一定要顺道去看看"飞溅水沉积物"厅,那里有我个人最喜欢的石笋。

跟所有洞穴沉积物一样,石笋不是根据其矿物成分来识别分类的,而是根据其外部形态和内部构造。所以,探洞者指的石笋包括文石和石膏的石笋,当我们有幸见到它们的时候。在"浮筏晶锥"部分你可以看到特别动人的文石石笋。

如最上一幅图片中严重被侵蚀的这个样本,石笋由许多连续的生长层发展而成。图中没有显示出,其实每一层都是由细小、长形的方解石晶体在生长面垂直的方向粗糙地生成的。如果在石笋表面的水滴蒸发,微小的文石晶体层也会生长。有的层被染成深色,这是间歇流入杂质的证明,通常这些杂质是有机物。

如果你拿到石钟乳和石笋的照片而忘记了它们生长的方向,请看这里的辨别小窍门:石钟乳几乎都会有尖尖的头,而石笋的头往往是圆的,甚至是平的。

石笋的形状各异,有的细长的"扫帚柄"(如第二幅图),也有华丽的多层宝塔(第四幅图)。它们的形状主要由滴水的速度、洞顶的高度、洞内大气环境以及滴水溶液中碳酸盐的化学性质决定。

例如如果碳酸钙沉积很快,溶液水滴没有机会从石笋的边缘往下流碳酸钙就沉积下来了,这样会形成"扫帚柄"。奇怪的是,这种条件在热带和干旱地带都会出现;在热带,因为洞内空气继承了土壤中二氧化碳的高含量,这样二氧化碳释放快、沉积便快;在干旱地带,蒸发快,则沉积也快。

第四幅图中的塔在一个高高的洞顶下面形成,它接收着高速下降的水滴。悬空的那些层层边缘是水滴飞溅的产物。

许多石笋可以根据放射性同位素来准确地测定其形成时间。原来的母同位素衰变成它的子同位素的速率是可知的,从两者的比率可以推算形成的年代。石笋的这种天然时钟可以据以测定相应的古生物学、考古学发现的年代,并且还能用于记录过去的气候变化。

http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/stalmite/stalmite.html

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Stalactite 石钟乳
听说过溶洞的人大部分都知道什么是所谓石钟乳,即使他们可能还分不清石钟乳和石笋(石钟乳是吊在上边的,石笋是长在下边的)。接下来的这些图片是关于大部分人没有考虑过的:石钟乳的形成。它们来自一种特别的石钟乳――鹅管的自然演变。

鹅管中的方解石晶体是纵向的,它们向下生长,并将鹅管拉长。不过,对大部分鹅管来说,溶液也会顺着鹅管的外壁流下,于是方解石晶体会垂直于鹅管的外壁放射状地沉积下来。这样,鹅管会慢慢变粗,变成经典的"冰凌"状,大部分人认识的石钟乳便是这个样子的。内部的水流可能继续,不过往往会因为外部的生长包住了原来的滴水导管而停止。最上一幅图即是这种临界状态的年轻石钟乳。

石钟乳有多种形态,有的单独属于它们自己的分类,例如偏离钟乳石。另一个更稀有的品种是象足钟乳石,它们底下不是尖的,而是平的。见底下一排的左边数第二幅图。

其他矿物也能形成石钟乳,例如石膏(下左图),泻利盐(底下一排的左边数第一幅图),它们看起来跟方解石的石钟乳很不一样哦。

http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/staltite/staltite.html

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Splattermite 飞溅水沉积
飞溅水沉积是一种奇特的滴水沉积,呈薄片向上突出状。这些突出围绕着石笋中心,由从沉积物生长处反弹水滴的溅水圈形成。

飞溅水沉积一般形成于高的洞室,因为这样洞顶的水滴才能得到较高的速度,才有飞溅的可能。但是只是飞溅,也不一定能形成飞溅水沉积物――飞溅的水滴必须在沿着沉积物的边缘流下来之前,很快地沉积下方解石。

上图的飞溅水沉积物装饰了法国l'Aven d'Orgnac高高的入口大厅(注意后面的沐浴在阳光下的攀爬者)。从竖井入口沉入的冷而干的空气很可能加速了蒸发,使得"飞溅盘"上快速沉积下方解石。

但是飞溅水沉积多见于在热带地区,因为有大量植物生长的土壤使得洞穴水滴能够得到异常高浓度的二氧化碳。在水滴进入洞穴环境的时候二氧化碳快速释放出来。同样地,方解石的沉积也就很快。下图的"石花",在伯利兹的Chiquibul洞的Loltun(石花的玛雅语)洞厅,就是这种快速沉积,生长在热带雨林之下。

http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/splattermites/splatter.html

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Speleogens 次生洞穴结构
与这个虚拟洞穴之旅中其他介绍到的洞穴要素不同,speleogen(次生洞穴结构)并不是矿物或是晶体的沉积,而是洞穴所在的基岩的一部分,而被侵蚀或溶蚀成了独特而有趣的形状。上面的图片是肯塔基州猛犸洞中的anastomoses。洞顶的沟沟最初是地下水开始溶蚀洞穴的小小管道。后来它们汇聚,形成下面大的通道。

底下那张图片显示的是更加显著的speleogen,摄于Borneo。这些悬石极可能是被洪水侵蚀雕刻而成。附近大量的鸟粪也可能是提供溶蚀基岩的酸的来源。

http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/speleogens/speleogens.html

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Spar 晶石
Spar(晶石)用于描述表面容易辨识出的晶体。在洞穴中,晶石属于一种沉积物,常常是方解石或者石膏,有时候也可能是更稀有的(对于洞穴来说)例如重晶石、莹石、盐岩或水晶。大部分的晶石形成于水下,在地下水区域,或者是水池中。晶石还可能在空气中,当溶液从洞壁或孔隙中渗出时形成。

大型的晶石,都是形成于水中,因为这样才有足够的时间来结晶。它们在水达到饱和的时候生长最好。有的洞穴,例如giant geodes,洞壁、洞顶上全都满是晶石。南达科他州Black Hills的Jewel Cave等洞穴内都有大量的晶石。下图中的是Carlsbad洞某个洞室中的犬牙晶石。

空气中生成的晶石通常是石膏。它们会长成细细的针状,或树枝状,如底部的这幅图。

http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/spar/spar.html

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Soda straws 鹅管
鹅管是石钟乳的初始形态。它们是中空、伸长的、往往透明的方解石管子,跟其中传导的水滴一般粗细。在鹅管端部滞留的水滴,在滴下之前释放二氧化碳,于是溶液中的一些碳酸钙就沉积了下来。这些碳酸钙于是添加在鹅管薄薄的生长边缘。

有的鹅管,如左边这幅图,怪怪地偏移了垂直的方向。也许鹅管的生长有时候会趋向于风的方向。洞内的气流来自对流、烟囱效应、水的流动或者地表的气压变化。或者,蒸发使得溶液中的杂质打乱了方解石的结晶阵列,造成晶体斜向生长。

鹅管可以大面积地一起生长,例如底部的照片。有时候可以达到惊人的长度。人们发现了近30英尺长的鹅管。见"溶洞形成物世界之最"那一页中世界最长的鹅管的图片。

少有洞穴沉积物似鹅管这般娇贵,在低低地挂着的它们下面活动时要格外小心呢。

http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/sodastw/sodastw.html

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Showerheads 洞穴喷头
Cave showerheads(洞穴喷头)是一种相当少见的沉积物,通常只有在热带的洞穴中才能看到它们。在巴西、墨西哥、波多黎格,特别是马来群岛中的婆罗洲(Borneo)都有发现。它们在洞顶某处渗水点萌芽伸出。以下图片是婆罗洲Gunung Buda的一个洞穴拍摄的。形状为中空的锥形,上小下大,有点像中国的斗笠。它大约有半米高,直径一米。

这个喷头各个面都密布小小的方解石突出物(状若爆米花),估计是形成于多孔隙的沉积物阵列中的渗透水。喷头的这种圆锥形态大概是因为:1.渗透水在重力作用下往下流;2.方解石倾向于在石体的外表面沉积下来,因为离渗水处越远,二氧化碳的气压和湿度就越低。

在Gunung Mulu国家公园的鹿洞(Deer Cave),这个以前被英国探险队观测过的洞穴喷头正好是壮观瀑布的源头(底部的图片)。这个喷头显然比Buda的那个喷头有着大得多的水量,而且更长一些,更形似圆柱,下面的边也比其他喷头要宽一些。

注意洞穴喷头跟节理处常常出现的简单的渗水点的区别,以及跟大雨后会涌出大量水的流石或石帷幔的区别。

http://www.goodearthgraphics.com/virtcave/showerheads/showerheads.html

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