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关于洞穴形成的溶洞景观设计

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关于洞穴形成的溶洞景观设计

发布日期:2021-07-23 10:52 来源:http://www.cqdhys.com 点击:

关于洞穴形成的溶洞景观设计

中国是一个洞穴众多的国家,尤其是广西的洞穴,如七星岩和桂林的芦迪岩。当然,北京西南郊区周口店附近的方上山云水洞有612米深,有7个“殿堂”由一条狭窄的“走廊”相连。洞的尽头是一个巨大的石笋,有着十八罗汉的美誉,石笋的背面是一个人迹罕至的天坑。周口店的古龙洞虽然没有规划,但却是我们祖先的栖息地,自然有着特殊的意义。不仅陆地上有洞穴,海上也有。最大的海底洞穴是巴哈马的大蓝洞。如果你看过洞穴的奇观,惊叹于洞穴中形态各异的石笋和钟乳石,你可能会好奇洞穴是如何形成的。

洞穴的形成是石灰岩地区地下水长期溶解的结果。石灰岩层是前提,石灰岩的主要成分是碳酸钙(CaCO3)。石灰石等碳酸盐岩几乎不溶于普通水,这就是为什么我们可以看到它们构成了石头。然而,当溶解有一定浓度二氧化碳的水冲击石灰石时,会产生回声CaCO  CO  HO=CA  (HCO)生成碳酸氢钙。碳酸氢钙易溶于水,在地下深处有一定压力时更易溶解。石灰石中的钙被水溶解,形成空腔。洞穴的组成不仅是溶解,也是沉积。当溶于水的碳酸氢钙受热或外界二氧化碳浓度变小时,碳酸氢钙会产生分化反应Ca(HCO)=caccoHO,并再生碳酸钙并积累,共同释放二氧化碳。当洞穴顶部的水慢慢向下渗透时,水中的碳酸氢钙产生上述反应,于是部分碳酸钙在洞穴顶部堆积,部分在洞穴底部堆积。洞顶构成钟乳石,洞底构成石笋,当钟乳石与石笋相连时,就构成了石柱。

只要计算出CaCO  CO  HO   Ca  (HCO)的平衡常数,就可以估算出碳酸钙的搬运度。上述反应可分为三个连续反应。第一步是CaCO   Ca2 CO2-,它的平衡常数是碳酸钙的离子产物常数(Ksp(CaCO)。第二步是HCOh  hco,平衡常数是碳酸的一级电离Ka1(HCO)。第三步,HCO  2ˇ=HCOˇ,平衡常数为1/ka2 (HCO),是碳酸的第二电离常数的倒数。因此,总平衡常数k=ksp  (CaCO), ka1(HCO)ka2(HCO),k   4, 10-5可以用数据代替核算得到。按101千帕计算,25水中空气中0.3%的二氧化碳浓度约为10-4摩尔/升.用钙离子和碳酸氢根离子的浓度为1:2,可以得出碳酸氢钙的浓度约为10 u  3mol/l

溶洞景观设计因此,根据以上核算,石灰岩的溶蚀作用仍然很弱,肉眼难以察觉。但是经过长时间的地质经验,它将能够在石灰岩地区穿过岩石,形成各种规划极其宏伟的喀斯特地貌。如溶解沟、溶解槽、溶解漏斗、溶解湖、地下河、洞穴等。此外,还应考虑二氧化碳压力对碳酸氢钙溶解度的影响。压力越高,溶解度越大,所以碳酸钙的堆积速度实际上取决于不同区域二氧化碳的浓度差。有人测量过桂林龙隐岩的钟乳石,发现平均每年只有2厘米长。

当然,实际情况要乱得多。比如因为滴水的缝隙被沉淀下来的钟乳石堵塞,或者因为地壳运动,地形、水流、渗水通道都发生了变化,导致滴水的方向、速度、水量都发生了变化。结果,一些只长到一半的钟乳石和石笋就停止了持续生长,于是新的钟乳石和石笋就在旁边生长.当然,这些变化后形成的钟乳石、石笋、石柱是相互交错的。

因为许多含有碳酸钙的石头被用于建筑,如大理石地板、墙壁等。这些石头会在潮湿的气候中溶解吗(不考虑酸雾和酸雨地区)?经过以上计算,可以得出结论,空气中二氧化碳饱和的水不会显著溶解大理石地板。相反,这种反应的逆过程,即碳酸氢钙的分化,在正常情况下很容易产生。


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