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天坑,以陡峭的岩壁和巨量的容积

被誉为“地表最壮观的喀斯特景观”

我国已发现的天坑

多分布在四川、重庆、广西、贵州和云南

2016年汉中天坑群的发现

让陕西也成为了天坑大省

而《中国国家地理》特约作者税晓洁

经过多年探索

发现湖北竟是一个

不逊于上述地区的天坑大省

特别是鄂西南

那里分布着各种类型、不同发育阶段的天坑

还有着目前全世界已知最新诞生的天坑

理论上讲,有可溶性岩出露地表的地方就可能发育喀斯特地貌,并有天坑分布。我国最早被关注并研究的天坑是四川兴文的大、小岩湾,重庆奉节小寨天坑、武隆箐口漩坑和广西乐业大石围,当天坑这一概念获得越来越广泛的认可后,人们又陆续发现了更多的天坑。

什么是“天坑”


“天坑”这个由中国人定义的科学术语

直到2005年才在国际岩溶学术界

获得了一致的认可

而且到现在为止

还是一个不断丰富和完善中的概念


2001年

中国地质科学院岩溶地质研究所研究员

朱学稳在《科技导报》上发表论文

《中国的喀斯特天坑及其科学与旅游价值》

首次提出将“天坑”从“大型漏斗”中分离出来

作为岩溶地貌学中的一个新成员

在2005年桂林国际天坑讨论会之后

天坑概念慢慢得到国内外公认

会后出版了“天坑专集”

收录了中外科学家联合署名的论文《天坑释义》

由此诞生了关于“天坑”最初的权威定义:


“具有巨大的容积、陡峭而圈闭的岩壁、深陷的井状或桶状轮廓等非凡的空间与形态特征,发育在连续沉积厚度及其含水层包气带厚度均特别巨大(地下水位深埋)的可溶性岩层(以碳酸盐岩为主)中,从地下通向地面,平面宽度与深度从大于100米至几百米以上,底部与地下河相连接(或者有证据证明地下河道已迁移)的一种特大型喀斯特负地形。”



2018年10月

朱学稳和张远海等对《大石围》一书内容

进行了更新

通过对比分析大石围天坑群和汉中天坑群

完善了天坑理论体系

2019年8月

英国伯明翰大学的John Gunn和张远海

联合发表论文,对天坑定义再次进行了修订:


“天坑是碳酸盐岩地区的溶洞大厅形成的,口径和深度不小于百米,或容积大于一百万立方米,四周或大部分周壁为陡崖,且与或曾与地下河溶洞相通的特大型漏斗。”



把天坑的最小容积

认定为界定天坑的另一个形态数据

这样那些深度超过100米

而口径不足100米的天坑

或者口径超过100米深度不足100米的天坑

也能包括在天坑定义范围之内


探寻天坑不仅有科学意义,也有着现实意义和美学价值

作为一个新定义的科学概念,发现越多天坑越有助于完善相关的科学理论体系。因为天坑的形成与地下河密不可分,通过天坑找寻水源,这是寻找天坑的重要生产和生活意义。此外,不仅天坑本身是一种极具美学价值的地貌景观,在与天坑相连通的地下溶洞中也藏着各种美轮美奂的洞穴沉积物。在利川市沙溪乡一个天坑洞穴中,探洞者发现了大量的石笋、石钟乳。(摄影/何端傭)

在湖北找天坑


2016年陕西汉中天坑群发现之后

广西不甘寂寞的户外爱好者们

对着卫星地图广为搜索

然后用无人机拍摄,现场探险确认

在2017—2018年间

广西发现的天坑数量激增,累计达到了几百个

在此期间

我多次去汉中、广西,实地考察天坑

同时也在仔细梳理、对照、

辨别湖北地区的卫星地图

不知不觉中,湖北西部

已经被我标记上了数量惊人的疑似天坑点


2018年我又一次来到恩施

第一站,利川

工夫不负有心人

在大瓮天坑西南3公里多的地方

我找到了三个连在一起的天坑

(北纬30°18′5″、东经109°9′50″)

最大的一个直径超过300米

三者之间有清晰可辨的洞道相连


在大瓮天坑西南方向

我拍到了一个长边直径200多米的椭圆形天坑

(北纬30°18′1″、东经109°10′20″)

坑底两条地下河交汇

河边长了一些灌木


无人机再次起飞向着东北方向飞去

结果700米外又发现了另一个大小差不多的天坑

再往远飞,1公里外还有另一个更大的天坑

从此往南,就在G50高速公路边上

我又拍到了一个天坑

(北纬30°15′22″、东经109°5′45″)

……

我一边感慨湖北西部的天坑真是太密集了

一边庆幸自己赶上了这个新地理发现的时代

目前,在湖北发现的天坑数量也达到60多个(见地图)。湖北天坑集中分布在鄂西的恩施州、宜昌市,在襄阳市也有零星发现。

一个正在“诞生”中的天坑


了解到我在湖北寻找天坑

中国地质科学院岩溶地质研究所的教授级高工

张远海也抽出时间赶到湖北与我会合


他对我说:

利川市文斗乡的落溪天坑一定要看看

它可能是目前已知的最新崩塌的天坑


文斗乡位于利川西南

这里山岭重叠,溪谷纵横

我们站在田间小路上

面前的田地以及与它相连的一座小丘底部

曾经的庄稼和林木都不见了踪影

地面上塌陷出一个大致呈三角形的大坑

在坑的西南角

还有一道长约几百米、深度近百米的裂缝

在地面上延伸


◎落溪天坑,最新形成的天坑

利川市文斗乡的落溪天坑原本是一个落水洞,落水洞下方有一个竖井状的溶洞大厅。在2012年初,落水洞发生崩塌(坑口平面图中橘红色虚线左侧为崩塌区域),新形成的坑口直径东西向长约129米、南北向宽约80米、深度为320—490米,符合天坑的定义标准,所以被认定为目前发现的最新形成的天坑。


根据天坑的成因,天坑可以分为

塌陷型天坑和侵蚀型天坑(亦称冲蚀型天坑)

塌陷型天坑

最明显的证据是崩塌起源

虽然这些崩塌可能是由于

下伏溶洞大厅洞顶崩塌

或者天坑形成后的陡壁后退引起

侵蚀型天坑

是由地表水向碳酸盐岩出露区(点)集中流入

经由落水洞、竖井逐步溶蚀、侵蚀且崩塌发展而成

那么,落溪天坑是哪种天坑呢?


张工回答道:“把落溪天坑划定为侵蚀型天坑是没问题的,但即使是侵蚀型天坑,也离不开崩塌作用的重要贡献。我认为塌陷天坑和侵蚀天坑是统一的——随着地表剥蚀,如果是完全裸露的碳酸盐岩崩塌形成天坑,那就是塌陷型天坑。如果是覆盖性的碳酸盐岩,就会有地表水,之后地表水寻找碳酸盐岩裸露的地方入渗,继而形成落水洞或竖井,最终扩大形成侵蚀型天坑,在这一过程中没有崩塌肯定是不行的。”


他抬手指着落水洞的残迹补充说:“随着这个落水洞在洪水期的不断改造和上游那个落水洞的不断发育、扩大,二者之间的碳酸盐岩可能会不断溶蚀、崩塌、搬运,将来还可能形成更大规模的天坑。”



看着眼前天坑洞口一侧还残存的薄薄“顶盖”

我心中感慨万千:

我们所见的各种地貌景观

都是历经了漫长的地质历史进程才形成的

我国各地所发现的天坑

都毫无例外地切割并破坏了

所在地的各类地表岩溶形态

所以岩溶学家们都认同

天坑是一种相对较年轻的地形

但没有想到,落溪天坑竟然这么“年轻”

按照中国地质科学院岩溶地质研究所

黄保健研究员的观点

——天坑形成年代应限定于天坑的定型时间

而不应该考虑天坑形成前后的发展演化过程

那么,落溪天坑可以说

正在“诞生”过程中

在鄂西,见证天坑的“一生”


◎天坑与削顶洞穴

天坑退化后的演化方向有着多种可能,削顶洞穴就是其中之一。当一个洞穴大厅的顶部部分或完全崩塌时,就形成了天坑;如果继续崩塌,曾经与洞穴大厅相连的洞道都被“削去”顶部的话,就会形成削顶洞穴。这张照片前景部分是一段削顶洞穴,后部则有一个圆形的天坑,二者之间的洞道尚未崩塌,还隐藏在大地之下。


通过整理照片发现

在利川、建始、宣恩

我多次拍到了削顶洞穴景观

至于地下河、溶洞、退化天坑、大漏斗、

坡立谷、干谷这些景观,更是比比皆是

张工由衷感叹:

“看来在鄂西南,不仅有刚‘诞生’的天坑,

天坑发育的各个阶段在这里也都应有尽有,

这里也可堪称是天坑博物馆!”


湖北天坑集中分布在鄂西地区,在恩施土家族苗族自治州内最为密集。照片中位于恩施州建始县茅田乡的这4个天坑,仿佛四星连珠一般串在一起。从形态上我们可以大胆推测,它们很可能是发育于一个地下河洞穴之上的。天坑的发育大致可以分为四个阶段:即地下河洞穴、溶洞大厅、崩塌露出地表和退化。虽然发育在同一个地下河洞穴上,但它们却不一定处于同一发育阶段。


从重庆到鄂西

这片四川盆地与江汉平原间的隆起部

绝大部分山地平均海拔在1000米以上

是我国岩溶地貌发育区之一

我国著名工程地质学家戴广秀等

通过地质普查获得了鄂西的地质资料

(包括长江三峡水库南岸,长江、清江分水岭等地段)

发现这里地表出露岩石大部分为沉积岩

总厚度达5000米

其中各个时代的碳酸盐岩出露

占总面积的61.6%

其厚度达3100米以上

这就为岩溶地貌发育准备了充足的物质基础

此外这里属于亚热带季风气候

年平均气温达16—17℃

年平均降水量1400毫米左右

湿热的气候、充沛的降水

为岩溶地貌发育的溶蚀作用

提供了非常有利的条件

按天坑的演化阶段,可将天坑分为不成熟(初始)天坑、成熟天坑和退化天坑:不成熟天坑,洞顶不完全崩塌,以倒置状悬崖和“口小肚大”的瓮形为特点;成熟天坑,以四周近直立的崖壁为特征,其顶部口径和底部口径的比值在0.7—1.5之间;退化天坑,仍保留其宏大的规模,但可能失去部分周边陡壁,底部面积远比坑口面积小。


三峡地区第四纪以来强烈上升

长江及其支流迅速下切

岩溶峡谷将古岩溶夷平面分割得支离破碎

使其成块状兀起

不同时期的岩溶过程叠加

古岩溶地貌形态

和今岩溶地貌形态交织组合在一起

使得这一区域的岩溶地貌类型极为丰富多变

……


本文选摘自《中国国家地理》2020年4月文章:

《湖北,不为人知的天坑大省》

撰文/税晓洁,摄影/税晓洁 等,绘图/李亚龙

责任编辑/张璇,图片编辑/王彤,地图编辑/陈云

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本期目录,精彩提前知

卷首语


四个人眼中的伊塞克湖

撰文 / 单之蔷

吉尔吉斯斯坦(下)

水与草“编织”的游牧国度

静静的纳伦河,大河出天山

撰文/陈杰军 摄影/王宁 等

吉尔吉斯游牧人

西天山的守望者

撰文/毛铭

湖北,不为人知的天坑大省

撰文/税晓洁 摄影/税晓洁 等 绘图/李亚龙

西伯利亚河流

这里的河曲很精彩

撰文/郦冰熹 摄影/陈剑峰

叠层石

既是最古老的化石,又是最活跃的生命

撰文/姜爽

韩江,从古老“瘴江”到千年商路

撰文/杨弦章 摄影/温亿中 等

富蕴断裂带,阿尔泰山的“伤疤”

撰文/李忠东 摄影/杨建

鸭绿江口“大池子”

鸟类繁殖“飞地”的 影像记录

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密西西比大河之路

美国人讲的故事唱的歌

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食肉植物

强悍又脆弱的植物“萌宠”

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