洞穴學

洞穴學

研究洞穴起源、性質和洞穴生命的綜合性學科。國外有記載的最早洞穴探險被刻在青銅器上,記述兩千八百年前亞述古國國王帶領探測底格里斯河源洞。中國有文字記載的洞穴探測,可追溯到戰國《周易》。三百五十年前《徐霞客遊記》細緻而真實地記述中國南方廣大喀斯特地形和350個洞穴,比西方同類著作早。

由來


洞穴,英文名叫cave,cavern,或cavity。
現代洞穴學討論的重要問題有:①洞穴成因。格朗德提出統一喀斯特水面學說,卡策爾(F. Katzer)提出孤立喀斯特水流學說;②洞穴發育過程雙循環理論與多期性;③成洞動因與洞穴發育控制界面(基準面);④洞穴發育水動力環境與深部洞穴成因;⑤洞穴探測技術,包括示蹤、物探和遙感技術。近年在洞穴物理參數測定(熱焓等)、洞穴水流特性、洞穴發育動力與模式、洞穴形態學、洞穴年代學、洞穴沉積與古環境等領域有加快發展的趨勢。在洞穴應用方面,洞穴醫療研究開始受到重視現已利用洞穴恆溫、空氣潔凈和空氣弱電離的特點,治療氣管炎、哮喘病、風濕病和高血壓病。

定義


根據國際 洞穴學協會 (IUS,即 International Union of Speleology) 的定義,洞穴是指人能進出的天然地下空間。洞穴是地球自然景觀的一個重要構成部分,亦是一種獨特的自然資源,與人類的生產活動有著密切的聯繫;而研究其形成、形態特徵、發展演化以及開發利 用的科學就是洞穴學,英語叫SPELEOLOGY。在中國,尤其在南方岩溶山區,洞穴的調查、探測、及其形成和開發利用研究有著十分重大的理論意義和社會經濟價值。
1936年英國洞穴學協會成立,標誌洞穴學的正式形成。此後進入迅速發展階段。1949年成立世界常設洞穴委員會。1953年在巴黎舉行第一屆國際洞穴學會議。1965年在盧布爾亞那舉行第四屆國際洞穴學會議,並成立國際洞穴學聯合會(ISU)。
洞穴是自然界的景觀之一,也是人類祖先最早的棲息之處。石灰岩地區的洞穴那些深邃的洞身、轟鳴的瀑布、巨大的廳堂以及...由於洞穴有很高的科研價值,各國科學家定期召開專題會議交流經驗。

相關知識


根據洞穴的定義,洞穴實際上由洞穴空間(洞腔)及圍繞其四周的岩體(圍岩)兩部分構成。
洞穴有很多種類型,按其所形成的圍岩性質分,有:
1)碳酸鹽岩洞,由岩溶作用形成,在中國分佈最廣,數量最多,規模最大;
2)石膏洞,洞體一般規模不大,分佈遠不如碳酸鹽岩洞普遍;
3)礫岩洞,形成於鈣質膠結的礫岩中,在中國數量很少,一般長度不大;
4)玄武岩洞,由火山活動噴發出來的岩漿在流動過程中經差異冷卻而成,主要分 布在中國東北及海南火山噴發區;
5)砂岩洞,由差異風化作用而成;
6)冰川洞。
按形成洞穴的主要地質作用來分,有:
1)岩溶洞穴;
2)非岩溶洞穴。
按洞穴與圍岩形成先後分,有:
1)原生洞,洞穴與圍岩同時形成,如熔岩洞、岩堆洞、礁洞、灰華洞;
2)次生洞,洞穴形成於圍岩之後,自然界大多數洞穴均屬於此類,如岩溶洞穴、構造洞、風化洞、海蝕洞等。
按洞穴大小分,有:
1)單一洞穴;
2)洞穴系統。
按洞穴水文特徵分,有:
1)干洞,即滲流帶(包氣帶)洞穴(vadose cave);
2)水洞,包括地下水面洞(water table cave)和潛流帶洞穴(phreatic cave)。
按洞穴形態特徵分,有:
1)垂向洞穴;
2)橫向洞穴。
我們在此講述的,主要是在中國南方岩溶地區普遍發育與廣為分佈的岩溶洞穴,英語叫做Karst Caves。
2、岩溶洞穴形成的幾個基本條件
岩溶洞穴的形成與發展實際上是一種極其複雜的化學溶蝕,機械侵蝕和崩塌過程。洞穴學認為,一個岩溶洞穴的形成必須要滿足以下四個基本條件:
1)可溶性岩石;
2)可溶岩能提供水滲透和運移空間;
3)具有溶蝕能力的水流;
4)水流必須具有流動性。
無容置疑,岩溶洞穴只能發育在可溶岩體中,如石灰岩、白雲岩、石膏等;其次,可溶岩必須具有能提供水流運移的空間,如裂隙,節理,層面,空隙等。同時,如果運移在可溶岩體中的水流是飽和的而不再具有溶蝕能力,其也無法進 一步溶蝕岩石擴大其原始空間;此外,如若水流靜止不動,其亦不能將水中溶蝕 掉的岩石成分帶走,又怎能擴大岩體中的次生溶蝕空間?因此,要有物質與能量 輸入輸出的持續性活動。這四個基本條件必須同時滿足,缺一不可。當水流從空 氣,土壤,植被,岩石中獲得具有溶蝕能力的碳酸或其它無機酸、有機酸通過可 溶岩體中的上述空間時,即產生溶蝕擴大作用;水流量及流速又在這些溶蝕擴大 了的縫隙中集中、增加,形成差異溶蝕;最後將其擴大形成超過人體大小的自然 地下空間--洞穴。