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溶洞景觀設計溶洞是如何形成的?

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溶洞景觀設計溶洞是如何形成的?

發布日期:2021-06-03 11:43 來源:http://www.dvspr.com 點擊:

溶洞景觀設計溶洞是如何形成的?


溶洞景觀設計

中國是一個洞穴眾多的國家,尤其是廣西的洞穴,如桂林的七星巖和蘆迪巖。當然,北京西南郊區周口店附近的方上山云水洞有612米深,有7個“廳”由一條狹窄的“走廊”連接起來。洞的盡頭是一個巨大的石筍,有十八羅漢的美譽,石筍的背面是一個深不可測的天坑。周口店的龍骨洞雖然規模不大,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洞。如果你見過洞穴的奇觀,驚嘆于洞穴中無數的石筍和鐘乳石,你可能會想知道洞穴是如何形成的。

洞穴的形成是石灰巖地區地下水長期溶解的結果。石灰巖層是先決條件,石灰巖的主要成分是碳酸鈣(CaCO3)。石灰巖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成了石頭。然而,當溶解有一定濃度二氧化碳的水沖擊石灰石時,會產生反響,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。當溶解在水中的碳酸氫鈣受熱或外界二氧化碳濃度變小時,碳酸氫鈣會產生分化反應,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。當洞穴頂部的水逐漸向下滲透時,水中的碳酸氫鈣產生上述的反響,于是部分碳酸鈣堆積在洞穴頂部,部分堆積在洞穴底部。洞頂構成鐘乳石,洞底構成石筍。鐘乳石與石筍相連,就構成了石柱。

只要計算出碳酸鈣的平衡常數,就可以估算出碳酸鈣的搬運度。上述反應可分為三個連續的反應。第一步是CaCO   Ca2 CO2-,它的平衡常數是碳酸鈣的離子產物常數(Ksp(CaCO)。第二步是HCOh  HCOˇ,平衡常數是碳酸的一級電離Ka1(HCO。第三步,HCO  2 uuuuuuuuuuuuuuuuuuuuu因此,總平衡常數k=ksp  (CaCO), ka1(HCO)ka2(HCO),k   4, 10-5可以用數據代替核算得到。按101千帕計算,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,肉眼很難檢測出來。然而,經過漫長的地質歲月,我們可以適應域構成石灰巖地區各種規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,還應考慮二氧化碳壓力對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際上取決于不同區域二氧化碳的濃度差。有人測量過桂林龍隱巖的鐘乳石,發現鐘乳石每年只有2厘米長。

當然,實際情況要復雜得多。比如滴水的縫隙被分開的鐘乳石堵塞,或者地殼運動,地形、水流、滲水通道都發生了變化,導致滴水的方向、速度、水量都發生了變化。結果,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。

喀斯特洞穴景觀設計是因為許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)會溶解嗎?經過以上核算,可以得出結論,空氣中二氧化碳飽和的水不會明顯溶解大理石地面。相反,這個反應的逆過程,也就是碳酸氫鈣的分化,在正常情況下很容易產生。


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