“保护地球 精彩地质”作品选登——万华岩的科普故事

(转自地质调查科普网)

地球上有很多种岩石，有些是在大海里形成的。地壳运动抬升的时候，沉积在海底的岩石可能露出地表。当一种可以溶解的岩石—石灰岩露出地表的时候，在雨水的作用下，就会形成像桂林山水一样的景观，这就是喀斯特。

溶洞，是喀斯特的地下世界，就像一个没有门窗的地下宫殿，有时宫殿与宫殿之间通过管道相连，构成很长的像迷宫一样的网络。它们是地球上最奇特，且充满神秘感的地方。

溶洞，有时非常大！大到可以飞进去一架飞机！那么，神秘的喀斯特地下世界是怎么形成的呢？

地壳运动抬升的时候，会把厚厚的石灰岩挤压出很多裂缝，裂缝成为水流穿越的“小路”。石灰岩遇到自然界弱酸性的水，其中的碳酸钙就会被溶解，被溶解的石灰岩大部分又随着地下水流进江河，回到大海—它的“故乡”。石灰岩中的裂缝越变越大，最后就会形成一个大的地下宫殿—溶洞。这就是喀斯特的奥妙之处。

溶洞，在我国成千上万，几乎每个省都有，每个溶洞都有它独特的故事。

万华岩地下河出口

湖南郴州的万华岩，是地下河的一个出口。顺着地下河逆流而上，可一直追寻到地下河的入口，溶洞长度超过七千米；正是弱酸性的地下水日夜不停地溶蚀石灰岩中的碳酸钙，经过上百万年的时间，开凿出这样一个美丽的溶洞。

相传，900多年前，就有人来此探寻，他们打着火把，沿着地下河岸边，进入洞内300米左右，遇到无法逾越的峭壁，听见河水奔腾咆哮的吼叫，以为是传说的鬼怪，望而却步。

之后数百年间，一直无人知晓地下河水从何处来，也无人解开万华岩溶洞之谜。

直到100多年前，当地出现了一位勇士，叫陈九韶。他想，溶洞既然是地下水形成的，那么顺着地下水流的方向不就可以找到入口了吗？于是，他决心一探究竟。

他用大木桶作筏，携游伴逆流而上，越过峭壁，直抵河水咆哮处，发现是地下河中央有一块巨大的石头堵塞河道，因而形成地下瀑布；借助火把的亮光，举目望去，周遭奇石千姿百态。忽然，洞顶的滴水浇灭了他的火把，惊慌之余，只得顺地下河小心退出。

他不甘失败，一而再，再而三，在第四次的时候，他成功越过了大石头，并一路向前，洞中晶莹剔透的奇石令他应接不暇。终于他到了看似地下河源头的地方，河水喷涌而出，这竟是一个支洞。支洞水流的源头在哪里？

他来不及细想，继续顺主洞前行，渐渐地地下河的踪迹不见了，洞底怪石嶙峋，他翻越乱石堆积，隐约看到了一缕阳光，顺阳光的方向，终于到达主洞的入口，他欣喜若狂，在洞壁留下诗文，记录他的喜悦之情。但是，他还是没弄明白，地下河的源头究竟在哪里？

又过去了近100年时间，地质学家和洞穴探险家决心一探究竟。地质学家首先在上游地表寻找河水消失的洞口，就是消水洞，他们找到两个主要的消水洞，宋家洞和瓜棚下消水洞；然后把示踪剂投进消水洞。示踪剂就是一种盐，或者染料。他们把盐投入宋家洞，把染料投入瓜棚下；过了两天，盐从左支洞出来了，又过了一会儿，染料从右支洞出来了。地下河源头之谜揭开了：宋家洞的水进入了左支洞，瓜棚下消水洞的水进入了右支洞。它们都发源于南部的骑田岭。

万华岩洞穴分布图

在地质学家做示踪的同时，洞穴探险家们开始对洞穴进行测量，他们发现主洞有很多麻石的大石蛋，而支洞却没有？洞穴有时低有时高，低的地方扁如窝棚，高的地方狭如裂谷？洞壁两边有很多很多石台，有时一层，有时三层，最多九层？他们还发现，洞内钟乳石有时成堆，有时成线状生长，更奇特的是，洞顶的石钟乳有时在洞道左侧生长，右侧却没有；有时在右侧生长，左侧却没有？洞内还有很多倒石芽，尤其是支洞内特别多。奇怪的是，洞顶石牙缝隙中居然有鹅卵石？

陈九韶在洞内留下的壁书

这是怎么回事呢？探险家们向地质学家请教。

原来，很久很久以前，万华岩这个地方数千平方公里的范围，地壳处于以下降为主的时升时降的运动中，而海水进来后使这个地方变成了浅海，浅海中沉积了石灰岩，再后来石灰岩上面还沉积了一层砂岩页岩。

等到地壳运动开始以抬升为主的时候，这个地方抬升为陆地，大海消失了，由海洋沉积变成陆地剥蚀。同时，还伴随岩浆活动，岩浆往上侵入，在南部骑田岭形成了大山，周围地壳岩石相互挤压，形成北西向的弯曲，这个弯曲叫褶皱。褶皱一个接一个，相互平行，有的歪，有的斜，有的倒转，此外还发育了一条北东向的断层，以及相伴随多个方向的裂隙。

溶洞的发育演化总是和水有关，在洞内，总能找到水活动的痕迹。

当地壳运动的时候，会使石灰岩产生断层和节理，水才能在其中溶蚀搬运碳酸钙。可是，断层不是一条延伸到头，而是一段一段。因此，那些顺断层发育的洞穴，随着地壳抬升运动，就会形成峡谷，而那些地质构造不发育的地方洞道就可能发育的低矮。此外，因为地壳抬升运动的时候，是间歇性抬升，就是有时抬升，有时暂停。在暂时停止抬升的时候，地下河水不断地溶蚀河岸，在洞壁留下了不同高度的深深的凹槽，纪录古地下河的轨迹，像石台一样，叫边槽。我们看见的只有一层，或三层，或九层石台，可地壳抬升歇停的时候，恐怕不止九层。

古地下河边槽和现代地下河河谷

流水会溶蚀石灰岩，溶解碳酸钙，并将石灰岩搬运，从而形成巨大的空洞，同时那些没有被溶解的石头是没有石灰岩特性的，在水的冲蚀下，随水一起运动，磨得越来越小，变成卵石，变成砂，甚至变成粉，变成泥。

因为边槽是过去地下河的河床部分，因此可能有古地下河的砂砾石堆积，随着地壳抬升，有可能残留于洞顶较高位置。另外一方面，就如如今支洞内，由于支洞口狭小，经常造成支洞上游洪水位上涨，形成的地下河紊流，就是各个方向不定的水流，从而对洞壁造成溶蚀，加上洞内地质构造裂隙发育，从而形成以后各种各样倒石芽的石头，叫吊岩。同时，洪水搬运大量的砾石，可能塞满洞道某个部位，等洪水退去，砾石就残留在洞顶的缝隙中。

在溶洞深处，没有灯光，伸手不见五指，没有四季变化，你感受到的可能只有滴水和流水的声音。但在灯光的照耀下，你会看到许多漂亮的钟乳石，钟乳石是水和石灰岩相互作用的结果。石灰岩中的碳酸钙遇到弱酸性的水会溶解，而水中的碳酸钙有时会像我们人体中的结石一样重新沉积成碳酸钙，变成钟乳石，有的挂在洞顶，叫石钟乳，有些立在洞底，叫石笋，有些顶天立地，叫石柱，还有的像窗帘一样，叫石幔。还有石葡萄，洞穴珍珠，这就是洞穴探险家喜欢探洞的缘故。

洞顶有断层或裂隙的地方，水才会流出来，沉积碳酸钙。可是断层不一定是直立的，如果断层往左边倾斜，从断层缝隙中流出的水，就会在左侧沉积碳酸钙，这样右侧就没有了；如果断层往右边倾斜呢，就在右边形成钟乳石，左边就没有。

裂隙倾向左导致钟乳石只在左边生长，而右边没有。

这些大自然的杰作，形成却是非常缓慢，一般每一百年才长一厘米。从一滴水珠长成数十米高的钟乳石也要经过数十万年的时间，因此，洞穴里的每一块石头都值得我们保护和珍惜。

溶洞，并非只有石头，空无一物，它也是很多生物的家园。就像城市分成很多街区一样，一个溶洞也可以分成不同的区域。

洞穴动物区分带示意图

在洞口附近，光线充足，随四季变化，这个区域叫洞口带；再进去一点，光线变暗，基本可见的区域，叫弱光带；再往洞内深处，就没有光线了，伸手不见五指，这个区域叫黑暗带。

不同区域，环境不同，生长的生物也不一样。

洞穴植物多样性是生物多样性的重要组成部分，在光线充足的洞口带，石山绿色植物生机盎然，但是洞穴空间和光照有限，往往不能满足高大的乔木和灌木的生存，仅仅能够为一些特殊的草本植物提供适宜的生存环境，从而导致草本植物占绝对优势，而灌木、藤本、高大乔木较少。弱光带通过洞口与外界相连，光照强度很小，湿度较大，种子通过雨水、风、动物等带入洞内，生长的是一些耐阴湿的植物，主要分布于潮湿的洞壁、洞顶垂下的石钟乳和洞底，如冷水花、凤尾蕨、苔鲜、念珠藻、蓝藻等，其中蕨类植物在万华岩景区洞穴植物中占有重要的地位。还有些植物由于对洞穴环境的适应，只能生长于洞穴中，离开洞穴环境则不能正常生长，像苦苣苔科的一些类群就如此；但在黑暗带，由于没有光，植物不能进行正常的光合作用，就没有绿色植物了，只有像蘑菇一样的菌类生长了。

洞穴植物分布狭窄，往往是一个或者邻近的几个洞穴特有物种，不仅稀有，而且还极具观赏价值，如万华岩地下河上游洞口的郴州报春苣苔夏季开花旺盛，似一个洞穴小花园；此外，半蒴苣苔、忽地笑、白接骨和凤仙花等植物都是夏季开花被层植物，可让景区鲜花一片。

郴州报春苣苔

洞穴动物呢！它们最初的来源都是地表生活的动物，这些动物由于某种原因迁移到洞穴中，经过长期演化逐渐适应了洞穴环境。蛇、老鼠、飞猫、麻雀等经常在洞口带进进出出，它们叫偶居洞穴动物，就像参观一样，偶尔进入洞内，它们不在洞穴环境中繁衍生存。

阳光不能直接到达弱光带，是蝙蝠、金丝燕、斑灶马、蜈蚣等喜居洞穴动物的家园，它们既可在洞内黑暗环境生活、也可在洞外生活，大部分的时间喜欢呆在洞里。

蝙蝠是哺乳动物中唯一能飞翔的类群，它们不仅拥有很好的视力，而且拥有能在黑暗中飞行的声纳，能以惊人的精确度高速飞行，并能穿过蜿蜒曲折的洞道。蝙蝠将洞穴作为栖息场所，白天藏匿于洞内，傍晚外出觅食，每天吃的蚊虫的数量相当于它自身体重的一半，大部分是农作物害虫，然后回到洞穴内消化、排泄，产生大量的粪便，成为洞穴生态系统中最重要的营养来源。

在洞穴黑暗带，温度和湿度一年到头几乎没有什么变化，是盲鱼、盲步甲、马陆、潮虫等常居洞穴动物，也叫真洞穴动物的居住区。这里的动物经长期的进化，已完全适应黑暗的洞穴环境，在洞外已失去生存能力。

日积月累，生物会逐步与与环境相适应，这叫生物适应性。适应性是通过长期的自然选择，需要很长时间形成的。如常居洞穴动物长期生长在无光的环境中，它们体色透明，眼睛退化，身体修长，触觉发达等。再比如，盲鱼的幼崽是有眼睛的，在成长过程中，眼睛越长越小，然后眼睛上长了一层皮，最后就完全隐藏了。

我国洞穴生物多样性非常丰富，几乎所有的洞穴动物均为特有物种，很多真洞穴动物为冰河时期的遗孑物种，堪称活化石，盲步甲就是活化石，是我国陆生洞穴动物中最有代表意义的动物类群。在万华岩洞中的张氏万华盲步甲，是新属新种呢，全世界独有。根据调查，万华岩可是具有丰富的洞穴动物的地方呢，初步鉴定就有56种动物。

万华岩洞中的新属新种张氏万华盲步甲

在所有的溶洞中，动物食物链都始于洞外世界，偶居洞穴动物、喜居洞穴动物和地下河水将动物尸体、蚊虫、粪便带入洞内，成为常居洞穴动物的食物来源，而且，洞内深处也是弱肉强食。

洞外，日复一日，冬去春来。洞内，只有弱光和黑暗，四季不变，但只要有水进入，有动物生存，地下洞穴就充满了生机。