關(guān)于洞穴形成的溶洞景觀設(shè)計(jì)。

中國(guó)是一個(gè)洞穴眾多的國(guó)家，尤其是廣西的洞穴，如七星巖和桂林的蘆迪巖。當(dāng)然，北京西南郊區(qū)周口店附近的方上山云水洞有612米深，有7個(gè)“殿堂”由一條狹窄的“走廊”相連。洞的盡頭是一個(gè)巨大的石筍，有著十八羅漢的美譽(yù)，石筍的背面是一個(gè)人跡罕至的天坑。周口店的古龍洞雖然沒(méi)有規(guī)劃，但卻是我們祖先的棲息地，自然有著特殊的意義。不僅陸地上有洞穴，海上也有。最大的海底洞穴是巴哈馬的大藍(lán)洞。如果你看過(guò)洞穴的奇觀，驚嘆于洞穴中形態(tài)各異的石筍和鐘乳石，你可能會(huì)好奇洞穴是如何形成的。

洞穴的形成是石灰?guī)r地區(qū)地下水長(zhǎng)期溶解的結(jié)果。石灰?guī)r層是前提，石灰?guī)r的主要成分是碳酸鈣(CaCO3)。石灰石等碳酸鹽巖幾乎不溶于普通水，這就是為什么我們可以看到它們構(gòu)成了石頭。然而，當(dāng)溶解有一定濃度二氧化碳的水沖擊石灰石時(shí)，會(huì)產(chǎn)生回聲CaCO  CO  HO=CA  (HCO)生成碳酸氫鈣。碳酸氫鈣易溶于水，在地下深處有一定壓力時(shí)更易溶解。石灰石中的鈣被水溶解，形成空腔。洞穴的組成不僅是溶解，也是沉積。當(dāng)溶于水的碳酸氫鈣受熱或外界二氧化碳濃度變小時(shí)，碳酸氫鈣會(huì)產(chǎn)生分化反應(yīng)Ca(HCO)=caccoHO，并再生碳酸鈣并積累，共同釋放二氧化碳。當(dāng)洞穴頂部的水慢慢向下滲透時(shí)，水中的碳酸氫鈣產(chǎn)生上述反應(yīng)，于是部分碳酸鈣在洞穴頂部堆積，部分在洞穴底部堆積。洞頂構(gòu)成鐘乳石，洞底構(gòu)成石筍，當(dāng)鐘乳石與石筍相連時(shí)，就構(gòu)成了石柱。

只要計(jì)算出CaCO  CO  HO   Ca  (HCO)的平衡常數(shù)，就可以估算出碳酸鈣的搬運(yùn)度。上述反應(yīng)可分為三個(gè)連續(xù)反應(yīng)。第一步是CaCO   Ca2 CO2-，它的平衡常數(shù)是碳酸鈣的離子產(chǎn)物常數(shù)(Ksp(CaCO)。第二步是HCOh  hco,平衡常數(shù)是碳酸的一級(jí)電離Ka1(HCO)。第三步，HCO  2ˇ=HCOˇ，平衡常數(shù)為1/ka2 (HCO)，是碳酸的第二電離常數(shù)的倒數(shù)。因此，總平衡常數(shù)k=ksp  (CaCO)， ka1(HCO)ka2(HCO)，k   4， 10-5可以用數(shù)據(jù)代替核算得到。按101千帕計(jì)算，25水中空氣中0.3%的二氧化碳濃度約為10-4摩爾/升.用鈣離子和碳酸氫根離子的濃度為1:2，可以得出碳酸氫鈣的濃度約為10 u  3mol/l

溶洞景觀設(shè)計(jì)因此，根據(jù)以上核算，石灰?guī)r的溶蝕作用仍然很弱，肉眼難以察覺(jué)。但是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)，它將能夠在石灰?guī)r地區(qū)穿過(guò)巖石，形成各種規(guī)劃極其宏偉的喀斯特地貌。如溶解溝、溶解槽、溶解漏斗、溶解湖、地下河、洞穴等。此外，還應(yīng)考慮二氧化碳?jí)毫?duì)碳酸氫鈣溶解度的影響。壓力越高，溶解度越大，所以碳酸鈣的堆積速度實(shí)際上取決于不同區(qū)域二氧化碳的濃度差。有人測(cè)量過(guò)桂林龍隱巖的鐘乳石，發(fā)現(xiàn)平均每年只有2厘米長(zhǎng)。

當(dāng)然，實(shí)際情況要亂得多。比如因?yàn)榈嗡目p隙被沉淀下來(lái)的鐘乳石堵塞，或者因?yàn)榈貧み\(yùn)動(dòng)，地形、水流、滲水通道都發(fā)生了變化，導(dǎo)致滴水的方向、速度、水量都發(fā)生了變化。結(jié)果，一些只長(zhǎng)到一半的鐘乳石和石筍就停止了持續(xù)生長(zhǎng)，于是新的鐘乳石和石筍就在旁邊生長(zhǎng).當(dāng)然，這些變化后形成的鐘乳石、石筍、石柱是相互交錯(cuò)的。

因?yàn)樵S多含有碳酸鈣的石頭被用于建筑，如大理石地板、墻壁等。這些石頭會(huì)在潮濕的氣候中溶解嗎(不考慮酸霧和酸雨地區(qū))？經(jīng)過(guò)以上計(jì)算，可以得出結(jié)論，空氣中二氧化碳飽和的水不會(huì)顯著溶解大理石地板。相反，這種反應(yīng)的逆過(guò)程，即碳酸氫鈣的分化，在正常情況下很容易產(chǎn)生。