萬年冰洞

距冰洞不遠處，還有一處“火山”，做了鄰居的“火山”與冰洞形成了一大自然奇觀。有的資料介紹，“火山”距冰洞僅有二百米之遙，兩者尚有一定距離，需要翻越一個小山丘，而且沒有公路可通。該“火山”並非科學意義上的“火山”，而是埋藏於地下的煤層因多種原因造成的歷時千年的自燃現象，在山西境內並不算罕見。在東寨鎮前往天池的三岔路口的對面山上，即可看到這種自燃現象，遙見輕煙繚繚。

中國科學院的楊少華和石耀霖將這個85米的洞穴全做成數值模型，研究其萬年冰穴形成的原理，發現，洞口的形成讓冬天的冷風進入洞穴，但是夏天的熱風卻進不去，所以造成了天然的冰庫。如果將洞口封閉的話，這個萬年冰穴只需要40年就會完全熔化。二位科學家的著作發布在國際著名的Cryosphere上。

S.Yang and Y.Shi.Numerical simulation of formation and preservation of Ningwu ice cave,Shanxi,China.The Cryosphere.Vol.9,October22,2015,p. 1983.doi:10.5194/tc-9-1983-2015.

洞內製冷機制最強、冰儲量最多，現開發近百米。已開發部分分三層，有冰簾、冰鍾、冰花、冰人、冰菩薩等，不一而足。洞內壁上皆冰，堪稱一個冰的世界，在五彩燈光的照射下，呈現出夢幻般的景象。

山西省寧武縣，千百年來流傳著一個傳說：在當地一座深山中，有一個掛滿冰錐的冰洞。讓人費解的是：在四季分明的山西省寧武縣，為什麼會存在這麼一個千萬年不化且冬暖夏涼的神奇洞穴？如果冰洞真的存在，洞里又會是一番什麼樣的天地？

山西寧武冰洞中的情形讓所有的人大開眼界，沒想到世界上真有這樣一個晶瑩剔透的冰的世界。其實，只有一年三百六十五天都是結冰的洞穴才能夠被稱之為是冰洞，那麼，在世界上也只有像西伯利亞和南北極等地，少數緯度高而且是異常寒冷的地方才發現過冰洞，而且是數量少規模小。所以大家百思不得其解的是，這個冰洞所處的位置既不是異常寒冷的南北極，也不是終年積雪的雪山，而是在四季都很分明的山西省寧武縣，就形成了這樣一個常年不化的冰洞。那這個冰洞到底是如何形成的呢？

閆鵬，畢業后就來到寧武縣旅遊局工作，在他無意中聽了這個傳說后，從小喜歡探險的他決定趁工作之餘，尋找這個傳說中的神奇洞穴。隨著日子一天天過去，閆鵬爬遍了附近的許多山頭，依舊沒有任何的頭緒。然而，正當他心灰意冷準備放棄的時候，一個意外出現了：一天，他和同伴來到了當地的管涔山中，當他們爬上一個山頭后，他們驚奇的發現：在山的陰面有一個洞口模樣的地方，而接下來的事情讓所有人都始料不及。

閆鵬說：“走到洞口附近感覺涼颼颼的，感覺這個地方風比較大，而且背陰的崖壁上竟掛滿了冰花，一切都與周圍的環境大相徑庭，一個一米見方深不見底的洞口更是冒出一絲絲的寒氣。”這難道就是傳說中的那個神奇冰洞嗎？

一年多的渴望，讓閆鵬忘記了恐懼和危險，他決心對這個洞一探究竟。閆鵬說，他們順著洞口下去，冰洞下邊黑咕隆咚，腳底滑得根本沒有登的地方，反正是靠上邊繩子拽著，多少有點能附著在冰壁上。後來到了一個稍微開闊的地方，站穩腳后，拿著火把向四周一看，眼前豁然開朗。所有人都驚呆了，他們彷彿置身於一座晶瑩的宮殿，四處都是冰的世界：冰柱、冰錐、冰瀑、冰筍、冰花，沒有一個人想到，小小的洞口背後，竟然是這樣一個美妙的世界。

閆鵬完全被吸引住了，直到他的腳感覺被凍僵了，他才發現不知不覺已經進洞兩個多小時了，溫度計清楚地顯示，洞中的溫度為零度左右，這與初夏時節的洞外，整整相差了20多度。在接下去的日子裡，閆鵬分別在不同的季節下過冰洞，他發現洞中似乎永遠保持在零度左右，洞里洞外完全是兩個不同的世界。

閆鵬說，七八月份，洞外都是鮮花爛漫、綠樹成蔭，而洞內卻是堅冰不化，；冬天，洞外邊比較冷，幾乎達到零下30多攝氏度，穿著大衣，到了洞內，由於沒有風，反倒比洞外暖和了許多，有一種冬暖夏涼的感覺。寧武縣有個暑天冰洞的消息一經傳開就引起了不小的轟動，許多人紛紛猜測這種神奇現象的真正成因。

特殊地質結構

為此，中科院地質研究所的陳詩才也專門從北京趕到寧武進行考察。然而當第一次進入冰洞后，即使見多識廣的他也連連稱奇。他看完后，感覺非常驚奇，洞內冰的類型起碼有上十種，比如冰柱、冰石筍、冰的鐘乳石、冰的渦管、冰花、冰葡萄、還有冰的結晶片等。他發現，儘管冰的厚度不一，但是所有的冰都是附著在石灰岩上的，整個冰洞高達100多米。

陳詩才說，這個冰洞的規模，絕對不會是人造的，雖然冰洞的傳說已經有幾百年的歷史了，但是從現場可以推測，這個冰洞形成的時間已經遠遠超過了幾百年，距現在差不多有100多萬年了。這個天然的洞穴是100多萬年前由水沖刷形成的，可為什麼這個並不符合結冰條件的洞里現在卻結滿了冰。這麼大數量的冰又是什麼時候形成的呢。

這時候，閆鵬忽然想到了什麼。他說：“以我自己的理解，這個地方有火山，也有水，可能是本身的地質結構發生了改變，才形成了結冰的環境。”但陳詩才卻認為這種說法並不科學。他認為，火山的發生源於山西一帶，有煤的自燃現象。因為煤挖出來后，一些煤矸石里，含有磷、硫這類東西，一見陽光，就氧化自燃了。

緣於冰川學說

正是因為洞的形狀並不利於洞里洞外空氣的交換，因此儘可能減少了冰的損害。但是，即使有了這些外在的保護因素，可是這麼大數量的冰究竟是如何形成的呢？顯然，這是一個非常漫長的過程。這時候有人提出了冰川學說。

科學研究表明，地球自誕生以來，氣候一直在變化當中。早在幾億年前，地球就出現過大規模的冰川運動，而且只有冰川運動才會擁有如此猛烈的能量，才能形成許多地質奇觀，所以有人認為，正是因為冰川運動，使大量的冰湧進了一個沖刷成形的洞中，也就形成了今天非常神奇的冰洞。

按照這種推測，寧武縣暑天冰洞的成因就可以解釋了。但是，儘管常人看來洞中的冰都是一樣的，可經過專門的取測後人們發現，冰的年齡卻是各不相同。

陳詩才說，冰也分層，也有個核心層，核心部分的冰，從結冰的情況和它所含的一些沉積物來看，這部分冰比較老。外面的、靠近洞口或者靠近主流水道的這些冰比較新。而根據閆鵬這兩年的觀察，山上雨水多的時候，雨水常常會流進洞中並且融蝕掉不少冰，但是經過一段時間，在原來冰融化的地方，又都自動地恢復了原貌，也就是說，這個神奇的冰洞具有非常奇特的再生功能，一旦冰量減少，它還會進行自我修復。因此，陳詩才認為冰川學說似乎也存在漏洞。因為冰川學說的解釋是冰融了就融了，永遠空了，化一點就沒一點，它不會自己再生。

得益於洞形狀

陳詩才經過走訪后認為，儘管寧武縣的地理位置和氣候條件並不適合冰洞的形成，但還是有不少的外部因素能夠減少冰的融化。由於管涔山的海拔達到了2000多米，而洞口所處的位置在山的陰面，這對冰的常年不化都起到了一定的保護作用，而整個洞的形狀，也對洞內溫度的保持起到了很好的作用。他認為，洞是一個正口袋形，這樣在夏天，洞外溫度熱，洞底的溫度涼，它不交換。如果洞形倒過來，在夏天，洞外溫度熱、比重低，洞內溫度涼、比重高，熱量需要交換，這樣就損害了冰的保存量。

空氣對流成因

冰洞應該還有一個下口與外界相通，冬天內部溫度高於外部溫度，冷空氣從下口進入，使洞內溫度下降，水氣凝結，冰洞成長。夏天外界溫度高於內部溫度，氣流翻轉，冰洞融化。由於外界晝夜溫差大，在洞內溫度間與晝夜溫度之間時，氣流晝夜交替，形成各種冰的奇觀。只要冰洞凝結大於消融，冰洞就逐步成長。

夏天冷氣下流，使出口空氣達到飽和凝結成水，隨著外界溫度的上升，內外溫差增大，下口流出的冷空氣增大，出口達到成冰條件，形成“夏日冰洞”。

地熱負異常說

其實不僅是山西省寧武縣的這個冰洞成因存在著很大的爭議，就是在整個地質界都存在著很大的分歧。如果是冰川運動時，大量的冰湧進冰洞，但是隨著時間的推移，這些冰早就應該化了。最關鍵的是，這個地方根本就沒有一年四季都結冰的氣候條件。

最近有一些人就提出了一個比較被認可的說法：叫做地熱負異常說。地熱正異常說指的是越向地心走，溫度越高，地心的溫度大概是6000多度，和太陽表面的溫度差不多，也就是越往下走溫度越高，這是合乎常理的。而地熱負異常說恰恰相反：它說越往下走，溫度越低，低得能夠製冷，能夠製造出大容量的冰來。

對此，陳詩才認為，這就好比空調或冰箱，它都有一個製冷的機制，它是通過機電來製冷。而冰洞的製冷機制，從目前來推測，還是岩石下的某種機制，形成了製冷的機制，從而達到製冰的效果。那麼可以猜測，正是因為山本身的最深處很可能存在我們目前仍未探明的製冷機制，它不僅能保持洞中的溫度，並且仍在日復一日地結冰，再加上相對較高的地理位置，以及洞口位置的巧合，因此，形成了這麼一個神奇的冰洞。

“地熱負異常現象”，這一假設必須挑戰我們已知的多個物理定律。首先是在普遍“高溫”的地下怎麼形成，如果這一過程是“自主”形成的，最恰當的解釋是向外散熱使自身降溫，可這不符合我們已知的熱量從高溫物體流向低溫物體的物理學定律；其次，在不考慮冷源形成的情況下，冷空氣密度較大，是怎樣從地下向上流動的。再次，如果確有地下冷源，又能向上輸送，由於水的密度遠大於氣體密度，地下水勢必向下流動，固化，直至堵死冷氣通道，且越積越多，直至整個洞被冰填滿。

冰洞形成的條件：

1、必須有兩個出口，且兩個出口必須有足夠的高差，之間密封保溫良好。

2、洞內下部必須有一定的水源，且進洞冷空氣不足以使其完全凝結。

3、0℃以下天氣足夠長。

4、上部出口在山的陰面或山坳里。

5、冰洞附近山體相對陡峭，但其他部分山勢較高且沒大的溝壑。

冰洞伴生的其他現象：

冬季洞內氣流上行，飽和氣流流出洞口遇冷空氣凝結，在相對濕度較低的冬季，會最先出現冰凍現象。

夏天洞內氣流下行，出口處會形成相對清涼的小氣候或出現低於正常地溫的泉水流出。