交汇点讯架上天文望远镜仰望月球,首先能见到的就是月球表面大小不一的坑洞,这似乎与我们所生活的这颗蔚蓝星球泛着荧荧蓝光的表面大不一样。实际上,地球表面亦并非如我们在太空中所见那般平坦,各种各样的坑洞点缀于地球表面,增添了别样的风景。是什么造就了这些坑洞?它们又有着怎样的故事?
坑洞:既是风景,也是珍稀动植物避难所
“在地球上,存在着各种各样的坑洞。”中国地质调查局南京地质调查中心工程师段政告诉《科技周刊》记者,这些坑洞类型丰富,既有地下水溶蚀形成的喀斯特溶洞、天坑,又有因火山爆发坍塌形成的火山口,还有因陨石撞击形成的陨击坑,冰川溶蚀形成的冰洞。当坑洞在海洋之下,也被称为“蓝洞”。此外,还有人工形成的各种坑洞。
“自然形成的天然坑洞最常见的就是岩溶坑,我国是世界上岩溶天坑的主要分布地。”中国科学院地球环境研究所研究员谭亮成说。在重庆奉节县,有着世界第一大天坑“小寨天坑”,这是构成地球第四纪演化史的重要例证,也被称为长江三峡成因的“活化石”。在陕西汉中、广西乐山也分布着世界级的天坑群。
自然界的巨型坑洞中往往发育着独特的生态系统,对于一些濒危珍稀物种来说,天坑是保护他们的天然避难所。“尤其是喀斯特天坑,我们站在顶端看到的是垂直的深渊和陡直险峻的峭壁。但在天坑底部,森林植物种类丰富,其中不乏珍稀动植物。”段政介绍,年在广西乐业黄猄洞天坑开展的植物资源考察中,科学家们发现坑底的任豆、香叶树、白桂木等珍稀植物,整个乐业天坑群更是保育有82种珍稀濒危种子植物,其中有2种国家Ⅰ级保护植物——掌叶木和灰岩红豆杉。
“物竞天择,适者生存。在岩溶洞中,也生存着一些完全适应洞穴黑暗环境的动物。而岩溶洞穴作为地表的负地形,也是保存化石的理想场所。”谭亮成说。在科学考察中,科学家们曾发现过洞穴萤火虫、天使鱼、盲目蝾螈等比较奇特的生物,这些动物经过长期进化,已经完全适应黑暗的洞穴环境。其中,盲目蝾螈是一种两栖类生物,拥有和人类一样的肤色,外形像鳗鱼或蛇,也被叫做“人鱼”。它们可以存活超过年,10多年不吃东西也没有问题。虽然盲目蝾螈的眼睛已经退化,但依旧可以用触须捕捉猎物。
在非洲坦桑尼亚恩格罗恩格罗破火山口,有一个被称作“非洲伊甸园”的地方。在这个平方公里的区域中,生活着50多种大型哺乳动物和多种鸟类,是非洲野生动物最集中的地区。“破火山口坑底树木茂盛、水源充沛,生活在这里的动物不需要进行迁徙,故而构成了一个独立的火山口生态系统。”段政介绍。
年龄各异:拜赐大自然鬼斧神工
自然界的天然坑洞主要分为碳酸盐岩类洞穴、火成岩洞穴、冰洞等类型。其中碳酸盐岩类洞穴分布最广,约占整个天然洞穴的90%以上。人们所熟知的喀斯特溶洞、天坑以及深海“蓝洞”都属于碳酸盐岩类洞穴。
“如果了解碳酸盐的化学方程式,一定可以联想到其与碳酸钙和水有关。”段政解释,石灰岩的主要成分是不能溶于水的碳酸钙,当其与地下水或沿岩石裂隙下渗的水长期反应,则能不断形成可溶于水的碳酸氢钙,这种化学反应历经千年万年,石灰岩不断溶解,便会在地下形成体积巨大的空洞——喀斯特溶洞。当深埋在地下的溶洞顶部坍塌时,就会形成口径巨大、深度极深,四周多呈陡崖状的深坑——天坑。“在岩溶坑洞中,我们可以发现许多可用来研究历史时期气候变化的载体,例如,石笋和蝙蝠粪沉积,我们可以通过高分辨率的同位素(或微量元素)变化序列重建古气候与古环境的演变过程。”谭亮成补充。
而“蓝洞”则是洞穴与海洋的邂逅。谭亮成告诉记者,大多数“蓝洞”是由岩溶过程诱发的。在冰川时期,海平面降低,石灰岩受到溶蚀作用,在下部发育成为大型的落水洞。冰川期结束后,海平面上升,海水灌入洞中,就形成了镶嵌在浅蓝色海洋上的深色“海洋之瞳”,世界最大的且最著名的蓝洞应该是伯利兹大蓝洞,口径约米,深约米。在蓝洞内,也可以找到钟乳石。“不过,海洋里也有其他的深坑,比如在百慕大三角附近的巴伦支海海床上存在许多巨大坑穴,很可能是由临近海岸的甲烷累积爆炸形成。”
形成一个碳酸盐岩类洞穴需要多长时间呢?“水滴石穿,极其缓慢。”谭亮成告诉记者,据研究,桂林岩溶地区平均每0年才溶蚀88毫米左右,一个数百万平米的巨型天坑,则需要数十万到数百万年才能形成。“不过,有些坑洞在几秒内就能形成。”谭亮成进一步解释,“陨石撞击、火山喷发、地震或者人类活动导致的坍塌,在弹指之间可能就会形成一个坑洞。这种瞬间形成的坑洞也会给人们带来一些意外发现。”以陨石坑为例,“天外来客”所带来的陨石坑可以为月球、水星及其卫星表面圆形坑和环形山构造的“陨石轰击成因假说”找到依据,也可以为矿物和岩石冲击变质的研究提供大量素材。在万年前形成的墨西哥犹加敦的希克苏鲁伯陨石坑,就一定程度上曾印证了恐龙灭绝的小行星撞击假说。
警惕“定时炸弹”:别让“地陷”成为城市病
除了自然界形成的各种坑洞之外,还有一类深坑源自人类。段政告诉记者,现代矿藏开采主要分为露天开采和地下坑道开采两种,露天采矿最显著的特征就是会在地表留下一个或数个巨型大坑。开采深度一般与矿种无关,而与开采成本和开采技术密切相关,全世界60%的煤、90%的铁、90%的铜、%的建筑材料及钻石矿都源自露天开采。
“一般情况下,矿藏钻石矿坑最深,铜矿坑次之,世界上著名的人造坑洞均为钻石矿坑和铜矿坑。”段政表示,如南非金伯利钻石矿坑被认为是世界上最大的人力挖掘矿坑,从年至年,名矿工使用铁铲等工具进行挖掘,共挖掘出公斤钻石,露天矿坑深度达米,采矿隧道深至1米;俄罗斯米尔内钻石矿坑直径达1米,深达米;俄罗斯乌尔其娜亚矿坑直径约1米,深度达米;而智利丘基卡马塔铜矿坑深度更是超过了米,在地球表面留下了一个个巨坑。
“还有一种坑洞,相当于在我们的日常生活中埋下了一颗定时炸弹,需要尤其
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