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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:2021-10-27 11:39 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,如桂林的七星岩和芦荻岩。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“大殿”由一条狭长的“走廊”相连。洞的尽头是一个巨大的石笋,有十八罗汉的美誉,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。如果你见过洞穴的奇观,当你惊讶于洞穴中不同形状的石笋和钟乳石时,你可能会想知道洞穴是如何形成的。


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)。石灰石和其他碳酸盐几乎不溶于普通水,这就是为什么我们可以看到它们构成了石头。然而,当含有一定浓度二氧化碳的水冲击石灰石时,会产生反作用,如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带走,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,碳酸氢钙会有分化反应,ca(HCO)=CaCO  coho,会再生碳酸钙并积累,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,于是部分碳酸钙堆积在洞穴顶部,部分则堆积在洞穴底部。洞顶构成钟乳石,洞底构成石笋。钟乳石与石笋相连,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输运程度。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HCO   h  HCO,平衡常数是Ka1(HCO)与碳酸的一级电离。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),K410-5通过代入数据计算得到。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.当钙离子和碳酸氢根离子的浓度为1:2时,可以得出碳酸氢钙的浓度约为103摩尔/升.


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。然而,经过漫长的地质岁月,它将能够穿过岩石,在石灰岩地区形成各种规划极其宏伟的喀斯特地形。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,所以碳酸钙的积累速度实际上取决于不同地区二氧化碳浓度的差异。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,以至于边缘长出了新的钟乳石和石笋……当然,这些变化后形成的钟乳石、石笋和石柱是相互交错的。


因为很多含有碳酸钙的石头都是用来建筑的,比如大理石地板、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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