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關于洞穴形成的溶洞景觀設計

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關于洞穴形成的溶洞景觀設計

發布日期:2021-07-23 10:52 來源:http://www.dvspr.com 點擊:

關于洞穴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,如七星巖和桂林的蘆迪巖。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“殿堂”由一條狹窄的“走廊”相連。洞的盡頭是一個巨大的石筍,有著十八羅漢的美譽,石筍的背面是一個人跡罕至的天坑。周口店的古龍洞雖然沒有規劃,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。最大的海底洞穴是巴哈馬的大藍洞。如果你看過洞穴的奇觀,驚嘆于洞穴中形態各異的石筍和鐘乳石,你可能會好奇洞穴是如何形成的。

洞穴的形成是石灰巖地區地下水長期溶解的結果。石灰巖層是前提,石灰巖的主要成分是碳酸鈣(CaCO3)。石灰石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,會產生回聲CaCO  CO  HO=CA  (HCO)生成碳酸氫鈣。碳酸氫鈣易溶于水,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,形成空腔。洞穴的組成不僅是溶解,也是沉積。當溶于水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Ca(HCO)=caccoHO,并再生碳酸鈣并積累,共同釋放二氧化碳。當洞穴頂部的水慢慢向下滲透時,水中的碳酸氫鈣產生上述反應,于是部分碳酸鈣在洞穴頂部堆積,部分在洞穴底部堆積。洞頂構成鐘乳石,洞底構成石筍,當鐘乳石與石筍相連時,就構成了石柱。

只要計算出CaCO  CO  HO   Ca  (HCO)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  hco,平衡常數是碳酸的一級電離Ka1(HCO)。第三步,HCO  2ˇ=HCOˇ,平衡常數為1/ka2 (HCO),是碳酸的第二電離常數的倒數。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10 u  3mol/l

溶洞景觀設計因此,根據以上核算,石灰巖的溶蝕作用仍然很弱,肉眼難以察覺。但是經過長時間的地質經驗,它將能夠在石灰巖地區穿過巖石,形成各種規劃極其宏偉的喀斯特地貌。如溶解溝、溶解槽、溶解漏斗、溶解湖、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,發現平均每年只有2厘米長。

當然,實際情況要亂得多。比如因為滴水的縫隙被沉淀下來的鐘乳石堵塞,或者因為地殼運動,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,一些只長到一半的鐘乳石和石筍就停止了持續生長,于是新的鐘乳石和石筍就在旁邊生長.當然,這些變化后形成的鐘乳石、石筍、石柱是相互交錯的。

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。這些石頭會在潮濕的氣候中溶解嗎(不考慮酸霧和酸雨地區)?經過以上計算,可以得出結論,空氣中二氧化碳飽和的水不會顯著溶解大理石地板。相反,這種反應的逆過程,即碳酸氫鈣的分化,在正常情況下很容易產生。


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