走進天坑的神秘“王國”

張亞麗 張遠海

天坑，是一個從民間走進科學殿堂的巖溶學專用術語，指的是碳酸鹽巖地區的溶洞大廳形成的，口徑和深度不小于百米，和（或）容積大于一百萬立方米，四周或大部分周壁為陡崖，且與或曾與地下河溶洞相通的特大型漏斗。

有不少人問，天坑明明形成于地上，為什么不叫“地坑”，而命名為“天坑”呢？

其實，天坑作為一種特殊的巖溶地貌形態，國內外不同地區對其稱呼也不同，例如：重慶市奉節縣稱之為“天坑”、云陽縣稱之為“龍缸”、武隆區稱之為“石垸”，四川省興文縣稱之為“巖灣”，廣西樂業縣稱之為“石圍”，湖北省利川市稱之為“大甕”，陜西省寧強縣稱之為“地洞”、鎮巴縣稱之為“圈子崖”。

?廣西的大宴坪退化天坑（攝影/唐全生）

在這些民間稱謂中，中國巖溶地質學家朱學穩先生覺得“天坑”最能確切地表達這種地貌的形態特征。天，是特別大的意思;坑，指負地形。而“地坑”一詞多指黃土高原地區的地下窯洞，不適合用于指中國南方的巖溶地貌。

天坑的形成，經歷了碳酸鹽巖溶蝕作用-地下河形成-溶洞大廳-重力坍塌的過程。而上述各地對天坑不同的稱謂，從某種程度上，反映了天坑的不同演化階段的形態，例如：“甕”“缸”

“垸”，分別對應不成熟天坑、成熟天坑和退化天坑，即：洞頂不完全崩塌的天坑，洞頂完全崩塌、四周崖壁直立的天坑，以及天坑崖壁退化形成豁口的天坑。

20年前，全球發現的天坑數量僅為79個。近年來，得益于高清晰度的衛星影像圖，研究者們在全球發現了300多個天坑。

其中，世界最大的天坑是重慶市奉節縣的小寨天坑，天坑四周被險峻的、幾乎直立的石灰巖陡壁圈閉，最大和最小深度分別為662米和511米，容積為1.19億立方米。

最大的天坑群是中國廣西大石圍天坑群，由29個天坑組成，分布于162千米長的百朗地下河中游。其中，最大的大石圍天坑，東西長600米，南北寬420米，最大深度613米，最小深度378米，容積0.745億立方米。

天坑的“年齡”有多大？它們在地球上存在了多久呢？

2007年，中國地質科學院教授黃保健通過對廣西大石圍天坑周壁石灰巖的研究，認定其形成年代在距今3萬～2萬年之間。

2017年，陜西省地質調查院高級工程師任娟剛利用多種研究方法，認定陜西漢中天坑群的形成年代在距今18.9萬～12.6萬年之間。

湖北西部的天坑群位于長江南岸分水嶺地帶，三峽古夷平面上的古冰川開始融化，河流快速下切，石灰巖在地表雨水和地下水的同時作用下，發生溶蝕作用形成天坑，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，但天坑崖壁是最不穩定的邊坡，終究經受不住歲月的考驗。在那些更久遠的地質歷史中，并非沒有天坑，而是我們無緣看見，它們全部淹沒在地球歷史演化的滾滾紅塵之中了。

天坑，始于地下河、溶洞，成于塌陷露出地表，終止于崖壁退化，消失于洼地、谷地之中。天坑見證了巖溶地貌演化的奇跡，記錄了巖溶地質演化的歷史。這是天坑的地球科學價值所在。

?冒氣洞（不成熟天坑） （攝影/李晉）

其次，天坑形成之后，絕壁環繞，免受外界干擾而形成了獨特的生態系統。尤其是在現代地質與氣候變化、生境片段化以及巖溶石漠化的背景下，天坑成為了現代生物的“避難所”。這是其生物學價值所在。

第三，天坑四周崖壁圈閉下的“坐井觀天”，與俯視天坑底部的“無底深淵”形成強烈對比，而天坑所依托的壯麗石峰，特殊生境下的天坑植被，都彰顯了天坑與眾不同的魅力。這是其美學價值所在。同時，這一屬性，決定了天坑具有很高的旅游開發價值。

?廣西大石圍天坑 （攝影/李晉）

作為一種新的巖溶學理論，天坑的研究尚處在發現、調查階段，未解之謎還有許多。

雖然衛星影像圖越來越清晰，但我們還是不知道全球究竟有多少天坑，這些天坑，或天坑群之間究竟有多少差異。

雖然天坑的“年齡”有了幾個個例，但天坑形成的地質年代仍然充滿了未知數。

雖然我們大致知道天坑的演化路徑，但我們不知道天坑的巨型崩塌與地震有多大關系。

雖然我們大致知曉天坑是現代生物的“避難所”，但我們不知道青藏高原的抬升和全球環境變化對天坑的生態系統是否有影響。

位于廣西的白洞天坑，與1.1千米外的冒氣洞相通，一邊洞口“呼氣”，另一邊洞口“吸氣”，形成了兩處會“呼吸”的山洞。這是怎么回事呢？

原來，白洞天坑與冒氣洞的洞口和底部幾乎處于同一水平面上，形成了一個U形結構。而白洞天坑的坑口和冒氣洞的地下暗河之間410米的高度差導致的溫度差和氣壓差，形成了空氣對流現象。

冒氣洞內部溫度常年保持在18攝氏度。冬季，冒氣洞內部溫度相較于天坑高、氣壓低，水汽便從冒氣洞“呼出”;夏季，冒氣洞內部溫度相較于天坑低、氣壓高，水汽便從冒氣洞“吸入”。

關于自然界的這些未解之謎，都有待我們大膽探索，采用多種技術手段，推動跨學科系統研究。

（責任編輯 / 高琳? 美術編輯 / 周游）