2024 年 9 月 13 日,贵州师范大学喀斯特研究院教授、国家林草局世界遗产专家委员会副秘书长肖时珍在科普中国·星空讲坛“传承科学家精神,点亮地质之光”主题场带来演讲《中国南方喀斯特——世界自然遗产的前世今生》。
以下是肖时珍的演讲节选:
“喀斯特”这个术语源自前南斯拉夫西北部的伊斯的里亚半岛,那里有一个名为喀斯特高原的地区。19世纪末,学者司威奇对这片区域进行了研究,发现支撑这个地貌发育的岩石非常独特,它能够被酸剂溶解,它的地貌形成过程也非常独特,所以学者们就把这种类似于喀斯特高原沉积的类型叫做喀斯特地貌。
因此,“喀斯特”指的就是水对可溶性岩石进行的以化学溶蚀为主,辅以水的机械侵蚀和崩塌作用,并伴随着物质的携出、转移和再沉积的综合地质作用。由喀斯特作用所形成的地貌我们就把它叫做喀斯特地貌。
从下面这张图可以看出,大气中存在着大量的二氧化碳,这些二氧化碳可能来源于植物、地下释放或土壤微生物的呼吸。这些二氧化碳与大气中的水分反应,生成碳酸。接着,碳酸与以碳酸钙为主要成分的碳酸盐岩发生反应,生成钙离子和碳酸氢根离子。这一过程不仅将大气中的二氧化碳转化为水中的碳酸氢根离子并被带走,而且通过溶蚀碳酸盐岩形成喀斯特地貌。这就是喀斯特作用过程的基本原理。
图片来源于肖时珍演讲PPT
喀斯特的研究的非常重要。为什么呢?首先,喀斯特地貌在全球分布极为广泛,其面积约占地球陆地总面积的15%。除此之外,全球约有20%到25%的人口依赖喀斯特区域的水源生存。
中国是世界上喀斯特地貌分布最广的国家之一,喀斯特地貌总面积达到344万平方公里,其中中国南方的喀斯特面积约为55万平方公里。中国南方的喀斯特地区被公认为全球湿润热带和亚热带地区典型的喀斯特地貌发育区域。
中国南方喀斯特世界自然遗产有哪些?
首先,我们来探访一下中国南方喀斯特系列世界自然遗产中海拔最高的地区——云南石林。
云南石林坐落在云南省昆明市,位于云贵高原的高原面上。它是最具代表性的热带亚热带剑状喀斯特,以其不同形态的高大溶柱为特征,而这些溶柱是由支撑云南石林喀斯特地貌发展的岩石构成的,它们非常古老,距今约2.7亿年。
图片来源于肖时珍演讲PPT
接下来,我们前往金佛山,这是中国南方喀斯特世界自然遗产中不可或缺的一部分。
金佛山位于重庆市南川区,以其高耸的山势、强烈的切割作用、众多的陡岩和峡谷而闻名。金佛山发育的基岩与云南石林相同,都是大约2.7亿年前沉积的二叠系碳酸盐岩,主要是石灰岩。
地势抬升后,周围的岩石地层被切割掉,唯独金佛山保留下来,形成了一座孤立的台原。正如照片中所见,金佛山周围有许多陡崖,它被一个陡崖圈环绕,形成了一个非常典型的台原喀斯特地貌。
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金佛山不仅有台原喀斯特、陡崖、峰丛洼地,还有大型洞穴。这些洞穴的规模与目前保留的台原补给面积并不匹配。我们推测它们的来源是二叠系之下的地层,包括志留系这套非喀斯特地层,再往下还有寒武系地层,这也是金佛山的重要价值之一。金佛山还保留了大量过去古喀斯特水文作用下形成的洞穴过程。
除了其独特的地质地貌特征外,金佛山还拥有非常多样的植被类型和复杂的群落结构,生物多样性极为丰富。这里栖息着许多珍稀濒危和特有物种,因此重庆金佛山在生物生态保护和研究方面具有极高的价值。
除了金佛山,重庆市还有另一处中国南方喀斯特世界自然遗产的组成部分——武隆喀斯特。它位于重庆市武隆区,发育了丰富的大型漏斗、峡谷、天生桥、大型溶洞以及洞穴次生化学沉积物。
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接下来我们来到贵州施秉。施秉喀斯特发育的基岩是非常典型的白云岩,它非常古老,来自寒武纪,距今约5亿多年前,这也是施秉喀斯特地貌最为独特的地方。
在白云岩上发育的溶痕,像我们在砧板上切菜时、在砧板上留下密密麻麻的刀砍纹,因此我们也把这种溶蚀特征称为刀砍纹状溶痕。有些学者则将其比喻为象皮,因为它像大象皮肤的纹理。还有学者称之为太婆脸,就像老奶奶脸上的皱纹。这种溶痕是白云岩的一个典型特征。
图片来源于肖时珍演讲PPT
接下来我们前往贵州荔波喀斯特。
荔波位于贵州省荔波县,主要包括荔波樟江国家级风景名胜区的大小七孔景区以及茂兰国家级自然保护区。荔波喀斯特是峰丛喀斯特、锥状喀斯特的典型代表。
峰丛锥状喀斯特发育了多种组合形态,比如峰丛洼地,当峰丛洼地呈串珠状相连,经过持续的溶蚀作用连成一条长长的谷地时,就形成了峰丛谷地这种地貌组合形态。除了峰丛谷地,还有峰丛峡谷,例如荔波大七孔天生桥,就是一个典型的峰丛峡谷。这座天生桥的前后,是地下暗河下游洞穴顶板崩塌后保留下来的残余岩体,这个地方非常典型地反映出喀斯特的特征。
图片来源于肖时珍演讲PPT
除了地貌的典型性,荔波的地下世界也同样丰富多彩。在荔波地下发育着许多洞穴,这些洞穴不仅拥有丰富、重要且具有很高科研价值和美学价值的洞穴沉积,还有非常漂亮的生物多样性。
比如下面这张图片就是荔波盲条鳅,它的颜色非常独特,几乎呈白色,是透明的。这是因为这些生物长期生活在不见阳光的洞穴环境中,导致它们的色素逐渐退化,眼睛功能也退化了,触须变得更加发达。这是因为在这种缺乏阳光的环境中,生物不再依赖视觉来捕食,而是依靠触须来感知和捕捉食物。这种适应黑暗环境的进化是喀斯特洞穴生物多样性中的一个奇妙现象。
图片来源于肖时珍演讲PPT
最后,我们再来看广西桂林喀斯特地貌。这里的山峰一座接一座,山峰坡度接近九十度,更像是一座座塔峰。因此,广西桂林被誉为全球塔状喀斯特发育的典型地区。
桂林还有一个名为“葡萄”的地方,这里有典型的葡萄峰林。漓江两岸的东面区域有着陡峭的塔峰,而离漓江稍远的地方依然保留了锥状喀斯特和峰丛喀斯特的一些特征。因此,桂林不仅是全球热带和亚热带塔状喀斯特的重要模式地,它还为峰丛地貌和峰林地貌的协同发育提供了重要的证据,这种现象被称为“桂林模式”,在湿润热带和亚热带地区非常著名,这也是桂林吸引众多人们青睐的重要原因。许多国外学者将桂林比作中国南方喀斯特的“皇冠上的钻石”,这足以说明它的重要性和典型性。
图片来源于肖时珍演讲PPT