一、贵州溶洞的形成?
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。
二、石灰岩溶洞是怎样形成的?
溶洞的形成是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果,石灰岩里不溶性的碳酸钙受水和二氧化碳的作用能转化为微溶性的碳酸氢钙。由于石灰岩层各部分含石灰质多少不同,被侵蚀的程度不同,就逐渐被溶解分割成互不相依、千姿百态、陡峭秀丽的山峰和奇异景观的溶洞。如闻名于世的桂林溶洞、北京石花洞,就是由于水和二氧化碳的缓慢侵蚀而创造出来的杰作。溶有碳酸氢钙的水,当从溶洞顶滴到洞底时,由于水分蒸发或压强减少,以及温度的变化都会使二氧化碳溶解度减小而析出碳酸钙的沉淀。这些沉淀经过千百万年的积聚,渐渐形成了钟乳石、石笋等。如果溶有碳酸氢钙的水从溶洞顶上滴落,随着水分和二氧化碳的挥发,则析出的碳酸钙就会积聚成钟乳石、石幔、石花。洞顶的钟乳石与地面的石笋连接起来了,就会形成奇特的石柱。
因为
石灰岩的主要成分是CaCO3 CaCO3与空气中CO2或地下水中溶解的部分CO2发生反应CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3) 生成Ca(HCO3)2
Ca(HCO3)2是可以溶于水的物质,在随水流动的公车中 在受热或自然状态下可发生反应Ca(HCO3)2=CaCO3+CO2+H2O 所以就又形成新形状的 石灰岩了 也就形成了溶洞 石钟乳 石笋和石柱等各种自然奇观了
主要反应:CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2,Ca(HCO3)2=CaCO3+CO2+H2O第一个反应是溶洞顶部的石灰岩遇二氧化碳和水形成可溶解的碳酸氢钙第二个反应是碳酸氢钙滴落到地面由于外界条件变化导致其分解回碳酸钙日积月累形成了钟乳石和石笋
溶洞的形成是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果。石灰岩层是先决条件,石灰岩的主要成分是碳酸钙(CaCO3),在有水和二氧化碳时发生化学反应生碳酸氢成钙[Ca(HCO3)2],後者可溶于水,当这种水在地下深处有一定压力时,溶解更甚。灰岩中的钙被水溶解带走,经过几十万、百万年甚至上千万年的沉积钙化,石灰岩地表就会形成溶沟、溶槽,地下就会形成空洞。当这种含钙的水,在流动中失去压力,或成份发生变化,钙有一部分会以石灰岩的堆积物形态沉淀下来,由於免受自然外力的破坏,便形成了石钟乳、石笋、石柱等自然景观。 由於这种地理现象在南欧亚德利亚海岸的喀斯特高原上最为典型,所以常把石灰岩地区的这种地形笼统地称之喀斯特地形。
CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2(清液)
Ca(HCO3)=(加热)CaCO3+CO2+H2O(石笋(地上的)的形成)
三、石灰岩洞是怎么样形成的?
CaCO3 碳酸钙有这样一种性质:当它遇到溶有CO2的水时就会变成可溶性的碳酸氢钙[Ca(HCO3)2] CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2 溶有碳酸氢钙的水如果受热或遇压强突然变小时溶在水中的碳酸氢钙就会分解,重新变成碳酸钙沉积下来。同时放出二氧化碳。 Ca(HCO3)2 =CaCO3+CO2↑+H2O 在自然界中不断发生上述反应于是就形成了溶洞中的各种景观。
人们在过去认为,溶洞是地下水溶蚀和沉淀的结果。溶洞都是由碳酸盐质的石灰岩形成,十分坚硬,但长期沉浸在地下水中而被溶解,尤其当水中含有二氧化碳时,岩石的溶解速度更快。这样年复一年,在坚硬的岩层中便被溶蚀出一个个洞穴。当溶有碳酸盐质的地下水重新滴入洞中时,由于环境中温度降低、压力减小,水中的二氧化碳又溢出,于是水对石灰岩的溶解力降低,于是原本溶解在水中的部分碳酸盐因过饱和而沉淀析出,日积月累,一根根形态各异的石钟乳、石笋和石柱便形成了。
但是近年来,这种传统的观点受到了我国溶洞科学家的质疑。他们经过5年的考察研究发现,藻类生物与溶洞的形成有着十分密切的关系,从而提出了“生物建造学说”,即溶洞形成的新理论。
这种学说认为,藻类是地球上最早出现、至今仍广泛分布的一种原始植物,它们虽然低级,但和其他植物一样具有光合作用的能力和趋光生长的特点。由于在生长发育过程中,它们会分泌钙质,还能收集、粘接微细的碳酸盐质颗粒,并且一般营集群生活,一代又一代的藻类共同生长在一起,许多海洋生物礁因此形成。
溶洞中的石钟乳几乎都是冲着光线向上弯曲生长,这与藻类趋光生长的特性吻合;石钟乳、石笋内部还有类似树木年轮的同心圆状构造,这是藻类逐年生长、分泌、收集和粘接碳酸盐质微粒的结果。还有,在有些溶洞的岩石中,科学家们发现了类似古代藻类的层状化石结构;在有些溶洞的表层,则找到了仍在生长的多种多样的藻类。
所以,生物建造学说认为,溶洞的洞穴空间的形成虽与水的溶蚀作用有关,但溶洞中那些千奇百怪的石钟乳、石笋和石柱的形成,应该主要是藻类生物在漫长的岁月中逐渐建造起来的,然后经过石化作用,最后才呈现出今天的面貌。