中國天坑：喀斯特“青春之歌”

人民日報海外版日前整版轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)摘《森林與人類》雜志2022年第6期中國天坑專題的部分內(nèi)容，其中摘發(fā)了《中國天坑： 喀斯特“青春之歌”》一文 。 這篇由引領(lǐng)我國天坑調(diào)查、現(xiàn)為亞洲洞穴聯(lián)盟主席的張遠海教授撰寫的主打文章，全文到底長啥樣？

落溪天坑：世界已知最年輕的天坑

湖北省利川市文斗鄉(xiāng)的落溪天坑原本是一個落水洞，落水洞下方有一個豎井狀的溶洞大廳。2012年初，落水洞發(fā)生崩塌形成天坑。攝影/稅曉潔

2010年1月17日午夜，湖北省利川市文斗鄉(xiāng)高峰村的村民聽到一陣“轟隆隆”的巨響，似火車駛過擊打地面，兩里外的房屋都有震感。次日早起一看，村莊東南面的落溪洞發(fā)生了崩塌，半個山埡連同大樹掉入數(shù)百米深的洞中，巨大的坑口顯露無遺，一個新的天坑—落溪天坑就此誕生。

2012年7月31日，利川市黑洞戶外探險俱樂部隊長何端傭赴現(xiàn)場進行了初步測量，實測坑口海拔1163米，坑口直徑東西向長129米、南北向?qū)捈s80米。同年10月，中國-波蘭聯(lián)合洞穴探險隊對落溪天坑進行了系統(tǒng)探測，實測深度349米。由此說來，落溪天坑該是世界上已知最年輕的天坑。

2018年8月25日，我受稅曉潔的邀請，在何端傭的引導(dǎo)下，來到落溪天坑邊，得窺這個世界上最年輕天坑的真容。落溪天坑位于谷地末端，三角形的坑口，東高西低，南北相差無幾，坑口東側(cè)仍存有大面積的巖屋狀負角度洞頂，崩塌露出的巖層斷面還清晰可見，薄層和中等厚度的石灰?guī)r相間，巖層和緩并稍向東傾。巖屋延伸入內(nèi)數(shù)十米，兩側(cè)挑梁所剩無幾，其上方恰是山間埡口，樹木蔥蘢，地表匯集的雨水，不時通過巖層間裂隙滲入巖體中，洞壁滲流痕跡歷歷在目，潛在的崩塌不可避免。

天坑的西側(cè)是溪流入口處，上部呈“V”形谷，下部是地縫，地縫寬七八米，深七八十米。南北兩側(cè)是與旱地相連的灌叢，無防護設(shè)施，無法靠近觀察。據(jù)中國-波蘭聯(lián)合洞穴探險隊員描述，他們是以天坑?xùn)|側(cè)的大樹作為安全樁，安裝單繩裝備，穿越谷地邊灌叢，下到地縫底部，然后橫移至天坑崖壁邊，再通過單繩和一個個錨點，依次下降到坑底。坑底直徑南北向長約150米、東西向?qū)捈s120米，東側(cè)是70米高的塊石堆積體。與天坑底部相連的是60米高的大型廊道，包括兩個兩萬平方米的大廳，廊道頂部天井呈串珠狀分布，而洞底起伏不大，但塊石、卵石和黏土堆積遍布其間，有崩塌成因，但也少不了雨季洪水的功勞。末端是潛水水塘，高程759米。

沿著天坑?xùn)|面谷地邊的小路，向西北上行，發(fā)現(xiàn)上游谷底竟然有落水洞，難怪剛才在天坑邊沒有聽見水流聲，原來是從谷底漏掉了，也許河水排向天坑地下河的下游，所以這一段谷地，當(dāng)?shù)乩习傩辗Q之為“干溝”。但洪水季節(jié)，滲漏不完的滾滾洪水，還是要奔流到天坑邊，跌入坑底，不斷動搖天坑的穩(wěn)定性。越往上游，巖層越是陡傾，看來是地殼在這里褶皺了。石灰?guī)r變成了泥灰?guī)r或砂巖，干溝變成了水溝，地縫變成了寬谷，錐狀峰叢地貌也漸漸變成了千溝萬壑的土山地貌。土山是隔水的，它能匯集雨水，為下游石灰?guī)r的改造提供溶蝕動力。

用地球衛(wèi)星影像找天坑

暴雨中，探險隊員正在利用繩降技術(shù)下降到廣西龍舌洞天坑底部。龍舌洞天坑位于廣西河池市鳳山縣，坑底分布著茂密的地下原始植被。攝影/向航

來利川考察天坑之前，廣西探洞愛好者伍紅鷹利用地球衛(wèi)星圖，在落溪天坑周圍找到了大大小小共19個塌坑反饋給稅曉潔，這也是稅曉潔邀請我一起來此地的緣故。伍紅鷹尋找天坑的技術(shù)在業(yè)界認可度很高。我們一行離開高峰村，驅(qū)車北上，來到黃桶巖天坑附近，驗證一下伍紅鷹找天坑的能力。

稅曉潔遙控著無人機起飛，漸漸升高的無人機將黃桶巖天坑盡收眼底。正如其名，黃桶巖天坑從空中看起來像個圓桶，似乎塌陷切割了3/4個山頭，西南高，東北低，坑口直徑近300米，坑內(nèi)渾圓，周壁陡峭，深度百米以上。在公路的另一側(cè)，即黃桶巖北側(cè)約1000米，是一個復(fù)合型雙天坑，姑且稱之為小黃桶巖雙天坑，兩者之間僅一墻之隔，且墻體也退化嚴重。從沿途出現(xiàn)的落水洞分布情況來看，這兩處天坑與落溪天坑不同，應(yīng)是在另一條地下河的軌跡之上。

為了追尋落溪天坑的地下河流域范圍，稅曉潔在黃桶巖周邊探尋，我和何端傭則驅(qū)車南下，過忠路鎮(zhèn)，下文斗鄉(xiāng)，在喀斯特峰叢地貌和中低山谷地地貌之間輾轉(zhuǎn)騰挪。

從320米深處的落溪天坑底部眺望坑口，探洞者正在利用繩降技術(shù)，下降到落溪天坑底部。攝影/Michal Ciszewski

落溪天坑周邊呈現(xiàn)喀斯特峰叢谷地和峰叢洼地地貌，雖地勢較平，但溶蝕切割強烈，低洼處，時有積水，落水洞遍布，塌陷頻繁，暗河溶洞發(fā)育。落溪天坑西部，呈東北走向的齊岳山是中山，海拔1800米以上，落溪天坑?xùn)|部是低山，海拔大多千米以下，谷地深處，是地下河的出口，洞腦殼。這些中低山砂巖地貌，高差大，切割深，溪流發(fā)育，均排向郁江。兩種地貌均透出青春期地貌的活力。

下行的公路左右轉(zhuǎn)折，人在車中兩邊搖擺。我們順道考察落溪天坑南面的小落溪洞穴，板橋村邊的迷水洞、馬堡村的落水孔，均是小股溪流匯入，形成落水洞，成因與落溪天坑相同，但規(guī)模卻遠不如落溪天坑。有趣的是，落水孔邊的石灰?guī)r甚是陡峭，近乎直立，應(yīng)是深受西面齊岳山地殼抬升影響的結(jié)果。從文斗下郁江，駛過“環(huán)斷山”和“鋸子巖”，在2000米內(nèi)公路直下500多米，郁江峽谷像用鋸子鋸出來的一樣，讓人深刻體會到谷深坡陡、地形險惡的內(nèi)涵。究竟是誰拿出來的鋸子切割的地貌，形成了峽谷？

在廣西樂業(yè)大石圍天坑底部的洞穴，探險隊員泅渡地下河。攝影/向航

從落水洞到天坑

車過郁江峽谷，往沙溪鄉(xiāng)路上，回首向西眺望齊岳山，看重巒疊嶂，橫亙南北。這是中國乃至世界最典型的褶皺山地，背斜成山，向斜成谷，山谷相間，彼此平行；背斜隆起部分，受擠壓破碎強烈，巖體完整性差，巖層傾角陡，節(jié)理、斷層較多；向斜凹陷部分，受擠壓相對較弱，巖體相對完整，巖層傾角緩，節(jié)理、斷層較少；背斜部分率先遭受強烈剝蝕，有石灰?guī)r的地方，逐漸顯山露水，開始了巖溶發(fā)育，大多為垂向溶蝕。向斜部分剝蝕相對緩和，石灰?guī)r“猶抱琵琶半遮面”，處于覆蓋或半覆蓋的狀態(tài)，僅地勢低處的谷地露出石灰?guī)r，接受溪流和雨水的洗禮溶蝕，形成落水洞甚至天坑，如迷洞、落水孔、落溪天坑等。

接近午夜，我們回到利川，翻開地圖，落溪天坑群的故事背景更加一目了然。

落溪天坑群位于郁江、清江分水嶺地帶，郁江-清江連線與長江平行展布。如果川江和峽江不是那么快搶占先機，連通形成三峽，也許該是郁江和清江成為東西水系貫通的橋梁。

大約百萬年前，長江三峽貫通，使出通天“大鋸子”，長江及其支流迅速下切，包括清江、郁江等各支流水系溯源延伸，切割形成眾多峽谷和地縫，古老的夷平面（山平面）被分割得支離破碎，而遠離河谷的分水嶺地帶，水力梯度較小，排泄分散，各級夷平面保存為殘留臺原；那些喀斯特臺原成為溶洞、天坑形成并得以保存的骨架。河谷的快速下切，也導(dǎo)致了地勢的巨大差異，為喀斯特地貌的發(fā)育提供了強大的水動力勢能。

當(dāng)西部齊岳山匯聚的雨水，以溪流匯入東部出露石灰?guī)r的溝谷中，通過地下斷層、裂隙溶蝕形成大大小小的支流，然后流往低處，尋找出水邊界，在峽谷邊緣的洞腦殼貫通形成地下河系統(tǒng)，從而有了溶蝕搬運的通道；入滲的地下水流不斷溶蝕、侵蝕，地下河管道擴大，伴隨崩塌作用，洞口逐漸形成豎井，洞內(nèi)形成大廳；由于落溪洞地下河入口和洞腦殼出口之間有523米的巨大落差，巨大的水力梯度激化了地下河的侵蝕、溶蝕能力，其地下管道擴展的速率很快；即使在冰期，只要地下有水，它也沒有停止溶蝕的步伐。隨著落水洞持續(xù)發(fā)展擴大，并且上游裂點也漸漸后退，從而在下游上方，形成巖屋狀的洞頂，當(dāng)巖層挑梁強度不足以支撐洞穴頂板時，發(fā)生坍塌，崩塌的物質(zhì)也被高能的流水溶蝕、搬運，最終形成落溪天坑。而迷洞、落水孔和小落溪，由于地表匯水流量有限，還處于天坑襁褓階段。黃桶巖天坑是另一條地下河支流的杰作，其上游落水洞沒有發(fā)育成天坑，但地下河卻貢獻了巨大的溶洞大廳，在地下河強烈的溶蝕、搬運作用下，有時洪水水位上升，導(dǎo)致地下河水體頂托大廳內(nèi)的空氣，形成強大的氣體壓力，而對洞頂巖體的穩(wěn)定性造成沖擊，導(dǎo)致更大范圍的崩塌，最終使大廳的腔洞露出地表，形成懸崖峭壁的黃桶巖天坑。

在郁江-清江一線與長江之間分水嶺區(qū)域，喀斯特臺原分布廣泛，如落溪天坑這樣的天坑應(yīng)不在少數(shù)。根據(jù)稅曉潔行走鄂西調(diào)查的天坑資料，已發(fā)現(xiàn)60多個天坑，大多集中在喀斯特臺原區(qū)域。而在長江與烏江的分水嶺地帶，從云南鎮(zhèn)雄到四川興文、重慶武隆，也發(fā)育有天坑群，如云南鎮(zhèn)雄大鍋圈天坑群、興文小巖灣天坑群、重慶武隆天生三橋天坑群等，無論是落水洞形成的侵蝕型天坑，如武隆箐口天坑，還是溶洞大廳崩塌形成的塌陷型天坑，如云南鎮(zhèn)雄大鍋圈天坑群，均有異曲同工之妙。這些喀斯特臺原上，不同時期巖溶過程疊加，古老夷平面與年輕的天坑群交織在一起，使得區(qū)域喀斯特景觀變得更加豐富多彩。

中國，天坑大國

四川小巖灣天坑地處四川盆地邊緣與云貴高原的過渡帶，是我國發(fā)現(xiàn)和研究最早的天坑。攝影/楊建

“天坑”概念源于30年前我國著名巖溶地質(zhì)學(xué)家朱學(xué)穩(wěn)教授與英國學(xué)者托尼·奧爾什母（Tony Waltham）合作對四川興文的“大巖灣、小巖灣”進行的地質(zhì)考察。而天坑理論體系的建立距今不過20多年。“天坑”（tiankeng）作為喀斯特地區(qū)最奇特的負地形地貌，成為繼“峰林”（fenglin）、“峰叢”（fengcong）之后的又一個來自中國的喀斯特專業(yè)術(shù)語。

2001年10月，朱學(xué)穩(wěn)教授在《科技導(dǎo)報》首次提出了“天坑”的定義，天坑作為一種特殊的地貌景觀便廣為流傳，但卻沒有被學(xué)術(shù)界廣泛接受。其緣故是彼時有記載的天坑數(shù)量太少，而且集中在我國西南。很多學(xué)者堅持認為，天坑只不過是喀斯特漏斗的一個特例。2012年，天坑作為科學(xué)術(shù)語正式被收錄于《洞穴百科全書（第二版）》（Encyclopediaof Caves）中。至此，“天坑”術(shù)語才逐漸被學(xué)術(shù)界接受。但已知天坑的數(shù)量一直停留在百來個左右，難免落入“塌陷漏斗特例”的說辭。2016年，陜西漢中發(fā)現(xiàn)天坑群，將全球天坑數(shù)量由117個增加至171個。全球天坑家族壯大，更重要的是天坑定義也由此得到了修訂。“天坑”一詞由中文“天坑”音譯而來，大致相當(dāng)于英文的“sky hole”，或“heaven pit”，或這兩個詞的一些相似意義的詞。“天坑是碳酸鹽巖地區(qū)由溶洞大廳形成的，口徑和深度不小于百米，和（或）容積大于百萬立方米，四周或大部分周壁陡崖環(huán)繞，且與或曾與地下河溶洞相通的特大型漏斗”。

迄今，全球天坑的數(shù)量超過300個，數(shù)量超過3個的天坑群數(shù)量有31處。這些已發(fā)現(xiàn)的天坑群中，以廣西大石圍天坑群最大，它由29個天坑組成，分布于廣西四大地下河之一的百朗地下河中游，最大者大石圍天坑，天坑?xùn)|西長600米，南北寬420米，天坑最大深度613米，最小深度378米，天坑容積7450萬立方米。

所有這些天坑中，大部分屬于退化天坑，即四周陡壁，或高度矮化，或部分退化為斜坡，尤其大型天坑（容積大于1000萬立方米）、特大型天坑（容積大于5000萬立方米），更是如此。全球容積大于1000萬立方米的天坑有28個，但標準大型天坑僅有10個。這些大型標準天坑中，以小寨天坑最大，天坑四周均為高峻的幾近直立的石灰?guī)r陡壁所圈閉，最大和最小深度為662米和511米。天坑在垂向上為雙層嵌套結(jié)構(gòu)，上部坑口形狀為橢圓形，下部坑口略呈矩形。天坑容積為11940萬立方米。

中國天坑的“青春之歌”

天坑的形成，雖然起始于雨水和巖石裂縫第一次親密接觸，但那并不意味著天坑的誕生。即使后來其演化經(jīng)歷了地下河階段、溶洞大廳階段，但也并不意味天坑的形成，就如受精卵不是人的誕生一樣。天坑的誕生，始于其定義，即露出地表的那一刻。其生命演化歷經(jīng)不成熟天坑、成熟天坑到退化天坑階段。

那么，這些天坑群或者標準天坑，究竟有多大年紀？它們在地球上存在了多久呢？

我國所有發(fā)現(xiàn)的塌陷型天坑無論其新老，都毫無例外地切割并破壞了所在地的各類地表巖溶形態(tài)，非常任性，如峰叢、洼地、谷地和丘陵地形；而那些侵蝕型天坑，大多正在強烈發(fā)育之中，十分年輕。從這一點來看，我國大部分天坑均為相對較年輕的地貌。

2007年，中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所黃保健教授通過大石圍天坑周壁灰?guī)r的原地宇生核素36Cl來測定天坑暴露年齡，結(jié)果表明大石圍天坑形成年代在2萬—3萬年之間。2017年，陜西省地質(zhì)調(diào)查院任娟剛等根據(jù)漢中天坑群區(qū)域構(gòu)造演化特征，利用磷灰石、鋯石裂變徑跡、溶蝕速率數(shù)據(jù)，洞內(nèi)獲得的石英宇生核素26Al/10Be埋藏年齡數(shù)據(jù)等分析，漢中天坑群的形成年代在18.9萬—12.6萬年間。這些結(jié)果同時利用地貌推斷法、地下河溶蝕速率計算法進行了分析，均在結(jié)果范圍內(nèi)，應(yīng)該比較可靠。

鄂西天坑群大多位于長江南岸支流分水嶺地帶。長江南岸支流有個顯著特點，支流短，坡降大，此類河流，據(jù)相關(guān)研究資料，不過50萬—60萬年的年紀。大約10萬年前，全球氣候轉(zhuǎn)暖，季風(fēng)增強降雨增加，河流快速下切，溯源侵蝕加劇。臺原面上的石灰?guī)r在地表雨水和地下水同時發(fā)生溶蝕作用下，或落水洞擴大形成天坑，或地下溶洞大廳崩塌露出地表形成天坑，這些天坑的年齡基本不超過10萬年。

那之前有沒有天坑呢？有。

天坑形成之后，其崖壁形態(tài)是最不穩(wěn)定的邊坡，不僅有雨水的侵蝕，裂隙入滲的地下水的溶蝕，還有上部巖體荷重產(chǎn)生的壓力不斷朝向臨空面釋放，很容易導(dǎo)致應(yīng)力失衡，進一步崩塌，如此反復(fù)。只有荷重不斷減少，才趨于穩(wěn)定。而隨著荷重減少，崖壁不斷矮化，崩塌塊石堆積在坑底，漸漸增高，形成斜坡，崖壁退化殘留形成天生橋、漏斗、洼地，或有一段地表河流的坡立谷，或無河流的干谷。

天坑，見證了喀斯特地貌演化的奇跡，卻也經(jīng)受不住歲月的考驗，正如青春一樣，轉(zhuǎn)瞬即逝。那些更久遠的地質(zhì)歷史中，并非沒有天坑，只是人們無緣看見，它們?nèi)垦蜎]在地球歷次演化的滾滾煙塵之中。

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