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天坑

地理現象

天坑是指發育在碳酸鹽岩喀斯特地區的一種周壁峻峭、深度與口徑可達數百米的喀斯特負地形,具有巨大的容積,底部與地下河相連接(或者有證據證明地下河道已遷移)。2001年之前一直將其作為喀斯特漏斗的特例,2001年我國學者正式提議將這種喀斯特地貌命名為“天坑”。

上世紀80年代初,地質學家在中國境內發現的“大岩灣”“小岩灣”,是世界上首次發現的大型漏斗地貌,在此之後隨著我國南方大型喀斯特漏斗的不斷發現,此類地貌得到了國內外學者的深入研究。

名稱由來


2001年之前,天坑只是對重慶奉節縣小寨天坑這種景觀的特稱,類似的地貌在各地有不同的名稱,如“龍缸”、“石院”、“石圍”、“岩灣”等。
2001年,天坑作為一個專門的喀斯特術語被專家提出。2005年,國際喀斯特天坑考察組在重慶、廣西一帶大規模考察后,“天坑”這個術語在國際喀斯特學術界獲得了一致的認可,並開始用漢語拼音“tiankeng”通行國際。這是繼峰林(fenglin)和峰叢(fengcong)之後,第三個由中國人定義並用漢語和拼音命名的喀斯特地貌術語。
直至2010年,已經被確認的天坑達78個,其中2/3分佈在中國,當然關於天坑的考察、認定和爭論尚未停止。
2016年11月25日,陝西漢中發現罕見大規模天坑群,其中天坑49處(超級1個、大型17個、常規31個)其中最大口徑達520米(鎮巴三元圈子崖天坑)。

成因及發育


形成於碳酸鹽岩層中的天坑共有兩種成因類型,即塌陷型和沖蝕型。
塌陷型天坑
塌陷成因的喀斯特天坑是我國目前發現的最主要類型,在數量上占絕對優勢,如小寨天坑、大石圍天坑群、小岩灣天坑、龍缸天坑等。
塌陷天坑是由地下河強烈的溶蝕侵蝕作用導致岩層的不斷崩塌並達到地表而成。其發展由地下到地面,並經歷地下河洞道、地下崩塌大廳、地表天坑幾個主要階段。
塌陷型天坑的形成應具備以下必要條件:有連續沉積、厚度巨大的碳酸鹽岩層,並有較廣泛的連續出露與分佈;岩層的水平至平緩產狀,尤以寬平的背斜軸部最為有利;位置相對很低的排水基準面和含水層的包氣帶厚度在50-200m以上;溫濕多雨的熱帶至亞熱帶氣候條件;含水層中存在著物質、能量輸入與輸出功能強大的動力系統。
沖蝕型天坑
沖蝕型天坑是在特殊的地質、地貌與水文條件下形成的一種落水洞式或盲谷式天坑。目前僅發現了兩例。
其發育條件應具備:上部與下部應具備巨厚的非喀斯特化與喀斯特化岩層疊置結構並分別在上游與下游廣泛出露;岩層在整體上呈水平至平緩狀;下部喀斯特化岩層中存在100-200米厚度的含水層包氣帶;溫濕多雨的熱帶至亞熱帶氣候條件;有數十萬年以上的地殼持續上升歷史。

國內分佈


小寨

世界上僅有的三例超級天坑(深度和寬度均超過500米)之一,位於距奉節縣城91千米的荊竹鄉小寨村。小寨天坑坑口地面標高1331米,深666.2米,坑口直徑622米,坑底直徑522米。坑壁四周陡峭,在東北方向峭壁上有小道通到坑底。坑壁有兩級台地:位於300米深處的一級台地,寬2-10米,台地有兩間房屋,曾有人隱居;另一級台地位於400米深處,呈斜坡狀,坡地上草木叢生,野花爛漫,坑壁有幾個懸泉飛瀉坑底。坑底下邊有地下河,小寨天坑是地下河的一個"天窗"。小寨天坑與天井峽地縫屬同一岩溶系統,天坑底部的地下河水由天井峽地縫補給,自迷宮峽排泄;從天坑至迷宮峽出口地下河道長約4千米。小寨天坑當稱"天下第一坑",屬當今世界洞穴奇觀之一。

四川

2012年9月起,廣元利州區工農鎮三顆村6組一塊玉米地里出現了一個直徑約20米深不見底的“天坑”。據附近村民介紹,該“天坑”是經過6天6夜的塌陷形成的,但形成的原因並不明確。
“天坑”直徑約為20米,坑內可看到泥層的地方最深約15米,再往下則便沒有光。為試探坑的深度,有人抱起一塊重約2斤的石頭朝坑內扔去,只聽見“啪、啪、啪……”的聲音一直延續並變小。“石頭沒有到底部,發出的‘啪啪’聲是碰到坑內其他的石頭了,這個坑具體有多深,無法估計。”
據家住“天坑”附近的村民黃大金介紹,出現“天坑”的地是他們家的玉米地,這附近只有3家住戶,他們家距離“天坑”出現處約200米。“第一次下陷的時間是去年9月上旬,當時是晚上9時左右,有聽到泥巴、石頭撞擊到一起的"隆隆"聲,當時還以為是地震了,但因為房屋沒有動,所以就沒有起床查看。而家裡的黃牛就是拴在‘天坑’附近的樹上,黃牛當天晚上叫了一整晚。”黃大金說,“就這樣響了差不多6天6夜,就形成了這個直徑約20米的大坑。”
2013年12月12日凌晨0:40許,廣元市朝天區平溪鄉三組突然發生地陷,造成的天坑長約60米,寬40餘米,坑深越30餘米。當地村民王加順11間舊房被埋,新建樓房開裂成危房,王加福家一間舊房被拉塌,所幸無人傷亡。垮塌還在繼續擴大中。

江蘇

2014年1月5日,位於連雲港市新浦區濱河新城一條在建的公路旁突然塌陷,隨後形成一個巨大的“天坑”,道路施工被迫停止。記者了解到,“天坑”位於道路邊上一磷礦礦區內,距離新修的道路大約70米,新修道路有500米的路段穿越了磷礦的“採空區”。事發后,磷礦方面立即向多個相關部門進行彙報,並採取了有效防範措施。目前,對於“天坑”的處置以及道路下一步安全等方面的解決方案,正在進一步論證中。圖為直徑超過一百米的“天坑”。

樂業群

1998年國土資源部在廣西壯族自治區百色地區樂業縣進行土地資源調查時,發現一種世界罕見的地質奇觀 —喀斯特漏斗群,又稱樂業天坑群。該地區為典型的喀斯特地貌(即岩溶地貌)。降水量大,為地下洞穴的發育提供了良好條件。
樂業天坑群位於中國廣西樂業縣,佔地約20平方公里。初步已發現有大石圩、白洞、風岩洞、穿洞等20多個天坑。“天坑”四周皆被刀削似的懸崖絕壁所圍,形成一個巨大的豎井,底部是人類從未涉足過的幾十萬平方米的原始森林,並有地下河相通。森林中有大量珍貴的動植物品種。其地下原始森林面積為世界第一,深度位居世界第二,容積居世界第三,具有極高的科研價值。樂業天坑群是世界最大的天坑群,截止已發現的近20座天坑幾乎囊括了各種類型的天坑,是一座“天坑博物館”和“世界岩溶聖地”。
樂業天坑群中最大的大石圍天坑,垂直深度613米,南北走向寬420米,東西走向600米。大石圍天坑(又名樂業地下龍宮天龍口)位於中國廣西樂業縣同樂鎮刷把村百岩腳屯。通過GPS地球衛星測量儀測出,大石圍天坑深度為613米,坑口長為東西走向600米,寬為南北走向420米,容積約為0.8億立方米。其坑底原始森林的面積達十幾萬平方米,位居世界第一位。垂直高度和容積僅次於中國重慶市的小寨天坑,位居世界第二位。
陝西漢中天坑群
漢中天坑群這一世界級“天坑群”地質遺跡的發現,不僅填補了世界岩溶地質研究空白,增加了生物研究原始樣本,更極大地豐富了我國乃至世界地質遺跡旅遊資源,未來這裡將成為我國新的重要旅遊目的地。
通過對600多平方公里核心區域的深入調查,在漢中南部秦嶺造山帶與揚子地塊結合部位,新發現地質遺跡200餘處,其中天坑49處(超級1個、大型17個、常規31個),直徑50-100米的漏斗50餘處,洞穴50餘處,其它如峰叢、窪地、石林、地縫、峽谷、湖泊、石芽等岩溶地貌景觀60餘處。
這些遺跡主要分佈在漢中市寧強縣禪家岩鎮、南鄭縣小南海鎮、西鄉縣駱家壩鎮、鎮巴縣三元鎮四個區域。其中,鎮巴縣三元鎮和南鄭縣小南海鎮集中區天坑最為密集,岩溶地貌景觀形態最為完整,分佈有單體規模最大的鎮巴圈子崖天坑、形態最典型的鎮巴天懸天坑、坑底有原始森林的南鄭伯牛大型天坑。另外,西鄉縣駱家壩鎮集中區則發現有雄偉壯觀的天生橋和商周時期川陝最大懸棺遺址——“神仙崖”懸棺墓。
漢中天坑地質遺跡具有3個方面的顯著特點,從地質遺跡本身的物質組成看,天坑、石林、溶洞等都是發育在古老而堅硬的碳酸鹽岩地層之中。這些地層成岩程度高,抗壓性強,為其保持自然狀態提供了有利的物質條件。從地質遺跡周邊環境看,地質遺跡分佈的最核心區域,地勢險要,人跡罕至,岩溶系統完整,生態系統良好,各類地質遺跡均保持原始狀態、自然狀態、天然狀態,基本未受到人為干擾和破壞,是最為完整、最具自然狀態的世界級地質遺跡。
天坑洞穴中保留有豐富的古地下河沖積物、次生化學沉積物以及重力崩塌堆積物等,為研究地下河演化和秦嶺南部古環境變化提供了寶貴素材。另外,天坑群為某些動植物的生長、發育提供了特殊的生態地質條件,特別是鼯鼠等瀕危物種的發現,為研究大巴山生物多樣性、豐富性、複雜性、獨特性提供了極佳場所。

其他天坑

重慶武隆后坪鄉沖蝕天坑群
重慶武隆天生三橋天坑群
四川興文天坑群
貴州織金義界河天坑群
貴州紫雲水塘天坑群
貴州羅甸董當天坑群
貴州安龍板洞天坑
廣西樂業天坑群
廣西巴馬天坑群
廣西鳳山三門海天坑
廣西河池市東蘭縣罕見天坑,在泗孟田園風光景區周邊還發現了天坑群,其中一個天坑深度約420米,為國內罕見。
北京市房山區上方山森林公園天坑
湖南張家界天坑
四川廣元曾家山川洞庵天坑
南京新街口天坑
雲南滄源天坑

國外分佈


溫特帕克天坑
溫特帕克天坑在1981年形成於該市一個公共游泳池下面,其成因可能是水通過游泳池底的小裂縫滲入下面的土壤。由於佛羅里達州的土壤多沙,即便是游泳池周圍的水生植物也有可能慢慢地將足夠多的土壤沖走,侵蝕下面的固體石灰岩層。
馬爾伯里天坑
這個深約185英尺(約合56米)的天坑於1994年出現在佛羅里達州的馬爾伯里市,發生塌陷的地方位於採礦企業IMC-Agrico傾倒的一堆廢料。該公司當時正在開採岩石以提取磷酸鹽。磷酸鹽是一種化學物質,是化肥的主要成分,主要用於製造磷酸,以及增強蘇打和各種食品的味道。然而,在磷酸鹽從岩石中提取出來以後,主要成分是石膏的廢料被作為泥漿過濾出來。隨著一層層的石膏被曬乾,就形成了裂縫,就像出現在乾燥泥團上的裂縫。後來,水在裂縫中不斷流動,將地下物質捲走,為天坑的形成創造了條件。
永不沉沒之坑
阿拉巴馬州“永不沉沒之坑”是一個石灰石陷坑,深度大約在50英尺(約合15米)左右,裡面生活著罕見的蕨類植物。上世紀90年代,一群探洞者買下了這個陷坑,通過這種方式為子孫後代保護這個自然奇觀。
天坑
天坑
2007年,瓜地馬拉城也曾出現過一個類似天坑,這個天坑的直徑約為60英尺(約合18米),深約300英尺(約合100米)。
皮謝爾的陷坑
長年開採鋅礦和鉛礦讓俄克拉荷馬州堪薩斯州交界附近皮謝爾的地面布滿陷坑,包括2008年所拍照片中的這個陷坑。一些礦在挖掘過程中距離地面太近,頂部無法支撐上方土壤的重量,最終導致塌陷。密蘇里州的格烏澤說:“密蘇里州和賓夕法尼亞州西部的煤礦附近也曾出現過陷坑。我們的建礦技術越來越高,頂部足以支撐上方土壤的重量。”

其他

貝里斯城藍洞天坑
冰島陷坑
墨西哥伊克·基爾天然井
俄羅斯亞西伯利亞天坑

科學考察


中國和來自法國的科考專家近日圍繞東蘭的
天坑
天坑
地質資源開展了首次聯合科考活動,探測地下洞穴長度達16.5公里,發現一座深度超過400米的天坑,為國內罕見。
此次中法聯合科考隊隊長、法國洞穴探險聯盟協會秘書長讓·波塔西介紹說,歷時8天,中法科考人員聯合對東蘭縣境內的武篆鎮、泗孟鄉、蘭木鄉等地的12個洞穴(天坑)進行了科學探險活動。
科考探險隊發現,東蘭縣的地下洞穴不僅地質構造複雜,地下河資源豐富,一些洞穴相通形成廊道景觀,
天坑
天坑
洞穴內還不乏造型各異的鐘乳石、流水、瀑布、湖泊等。科考人員在泗孟田園風光景區周邊還發現了天坑群,其中一個天坑深度約420米,為國內罕見。
2016年3月3日,科考人員進入天坑探險。科考人員在天坑底部發現地下水,在探險過程中,科考人員發現了蝙蝠、百花蛇、國家二級保護野生動物紫色金線䰾以及不知名的多脊柱動物和花朵等動植物,並且首次在廣西境內發現洞穴生物布甲。科考專家稱初步探險即發現東蘭地質資源十分豐富,隨後還將把探險發現的不知名物種的圖片,交給動植物專家進行科學鑒定。
截至2017年底,以約100km2分佈區域為界而論,全國發現的天坑群數量27個,其天坑數量達到172個,其中超大型天坑(天坑直徑大於500m或天坑容積大於50Mm3)16個。27個天坑群中最大的天坑群為廣西樂業的大石圍天坑群,在約100km2範圍內分佈有29個天坑。

科學價值

天坑是喀斯特作用形成的一種規模最大的個體形態,是在漫長的地質歷史中經過內外動力地質作用形成的,具有稀缺性和不可再生性。在喀斯特及其相關科學研究中具有巨大的科學價值。
天坑的形成與喀斯特水文地質過程及含水層的演化有著特別密切的相互聯繫,天坑形成機制及其分佈與演化規律的研究,可能會導致人們對含水層性質及演化過程認識的巨大飛躍。
天坑的研究將有助於對喀斯特作用的基本機制,特別是溶蝕、侵蝕和崩塌作用的機制及其相互關係認識的深化及發展。

旅遊價值

天坑是一種自然奇觀,並為喀斯特所特有,具有稀少、險峻、奇特、恢弘、壯麗、生態環境獨特等一系列特殊的旅遊觀賞價值及感官屬性。