喀斯特作用
喀斯特作用(Kasitezuoyong)在可溶性岩石分布地區,在地表水和地下水的化學過程(溶解與沉澱)和物理過程(流水的侵蝕和沉積、重力崩塌和堆積)的共同作用下,對可溶性岩石的破壞和改造作用,稱為喀斯特作用(在中國又稱岩溶作用)。水對可溶性岩石溶解作用是化學過程的主要方面,可溶性岩石包括碳酸鹽、石膏和岩鹽,但是分布面積最廣的是碳酸鹽,只有在碳酸鹽地層中才能發育宏偉壯觀的喀斯特地貌。純水對碳酸鹽的溶解作用是很微弱的,只有當水中含有CO2時,碳酸鹽的溶解度才能增大。其化學過程是:雨水中的CO2或土壤中的CO2與水作用形成碳酸,即:
中。總的化學反應式如下:
上式隨CO2含量變化而發生正、逆反應,CO2增多CaCO3溶解增強,CO2減少到一定量,水對CaCO3溶解停止,CO2再減少,則水中溶解的CaCO3再重新沉澱。石灰岩被含有CO2的水溶蝕並帶走,這就造成了石灰岩分布區地上地下的侵蝕和破壞作用。而在另外一些地方,又可能因水中CO2含量減少,而使水中的CaCO3發生沉積,這就是喀斯特作用的本質。
影響喀斯特作用的主要因素
①地質因素:主要是岩石的性質和地質構造。岩石的性質主要是指岩石的成分和結構,岩石的成分是指岩石的礦物成分和化學成分。構成石灰岩的礦物以方解石為主,白雲岩以白雲石為主。一般情況下,石灰岩比白雲岩易受溶蝕,白雲岩比矽質灰岩易受溶蝕,矽質灰岩又比泥灰岩易受溶蝕。岩石的結晶狀況和結構不同也影響它的溶解度。實驗證明,結晶顆粒越細,相對溶解度越大,細晶質、隱晶質結構的石灰岩相對溶解度較大;不等粒結構的石灰岩比等粒結構的相對溶解度值要大;鮞狀結構的石灰岩,相對溶解度很大。岩石的孔隙大、小、多、少直接影響它的透水性,孔隙度越大的岩石,透水性越好,發生溶蝕的速度也就越快。岩層的產狀和破碎情況影響喀斯特作用的方向強度。在褶皺、背斜的軸部,縱向張節理發育,有利於水的垂直流動,溶蝕較快;在兩組節理交叉部位也有利於溶蝕作用;在斷層發育的地方,特別是張性斷層破碎帶部位結構鬆散、透水性強,有利於溶蝕的發展,常沿這些斷裂形成大溶洞。
②氣候因素:降水量多的地區,地表徑流量大,水的溶蝕力強。據計算,我國南方濕潤多雨地區石灰岩的溶蝕量為北方乾旱半乾旱地區的10倍左右,溫度、氣壓對水中CO2含量有影響,也與水對CaCO3的溶蝕有關。
③生物因素:動植物可向土壤中供給大量的有機質,有機質的氧化與分解可產生許多CO2,土壤中CO2的含量比空氣中的含量高過百倍以上,這對促進CaCO3的溶蝕起著重要作用。另外一些低等動植物在生長過程中也能分泌酸類物質,直接腐蝕和破壞岩石。
④水的流動性:一般說來流動的水比靜止的水溶蝕力強,因為靜止的水達到飽和之後就失去溶蝕能力了。水的流動性與氣候條件關係密切,降水量大的地區,水循環快,溶蝕力強,而乾旱半乾旱地區,水量少,循環慢,溶蝕力微弱。地下水的運動,除與地表供給水量多少有關之外,還與岩層的破碎情況、岩石的通透性有關。在斷裂破碎帶上地表水向下滲透,垂直運動很快。在達到地下水位以後,水流速滯緩,但在破碎岩層中流動就較快。水流動得越快,對岩石的溶蝕能力就越強,而地下水的流動又與地質構造有密切關係。