溶洞是可溶性岩石中因喀斯特作用所形成的地下空间,是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果。石灰岩的主要成分之一是碳酸钙(CaCO3),碳酸钙是难溶于水的固体,它与水、二氧化碳反应会变成碳酸氢钙[Ca(HCO3)2] ,化学方程式为:CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2。碳酸氢钙是一种无机酸式盐,易溶于水。在自然界中,溶有二氧化碳的地下水和溶有二氧化碳的雨水,对石灰岩层长期的侵蚀逐渐形成了溶洞。
地下水在钟乳石和石笋的形成过程中起到了决定性作用。碳酸氢钙在零度以下比较稳定,在常温下易分解。溶有碳酸氢钙的水,当从溶洞顶部滴落到洞底时,由于水分蒸发或压强减少以及温度的变化,溶解在水中的碳酸氢钙会分解生成碳酸钙、水、二氧化碳,化学方程式为:Ca(HCO3)2=CaCO3↓+CO2↑+H2O,当难溶于水的碳酸钙逐渐沉积,就会在洞穴顶部形成下垂的钟乳石;当碳酸钙滴落到溶洞底部并向上堆积,就会形成石笋;当钟乳石和石笋结成一体时,就会形成奇特的石柱。